La microscopie à fluorescence X à haute résolution de plumes de puffin rayé révèle des bandes distinctes dans la distribution du brome (B) et un motif régulier dans la distribution du zinc (C). Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
L'identification d'éléments chimiques essentiels dans les plumes des oiseaux marins migrateurs de longue distance à l'aide de techniques avancées d'imagerie aux rayons X promet de nouvelles perspectives sur les processus physiologiques sous-jacents à la croissance des plumes.
Dans une recherche publiée dans Rapports scientifiques sur la nature , une équipe d'enquêteurs dirigée par le biologiste de l'ANSTO Nicholas Howell et le professeur Richard Banati a fourni des preuves de schémas spatiaux inédits dans la distribution des métaux qui ne semblent pas être liés aux caractéristiques physiques des plumes.
Parce que les motifs ne sont pas liés à la pigmentation, épaisseur ou autres caractéristiques structurelles des plumes, les auteurs suggèrent qu'un autre mécanisme non identifié pourrait être à l'œuvre.
"Notre collaboration a produit des représentations remarquables des plumes qui nous permettent de voir dans la formation de motifs complexes, processus biochimiques dans les cellules, " a déclaré le professeur Banati.
Images haute résolution collectées à l'aide de la microsonde à fluorescence X et du détecteur spectroscopique Maia au Synchrotron australien, a révélé une distribution indépendante du zinc, calcium, brome, cuivre et fer.
Dans cette enquête, la technique a été appliquée à la plume entière, et ne nécessitait aucune procédure de sous-échantillonnage ou d'extraction afin d'identifier avec précision les éléments.
"En utilisant cet instrument puissant et le détecteur Maia, David Paterson et Daryl Howard ont pu numériser des échantillons de plusieurs centimètres de long à une résolution du micron, " dit Howell.
La microscopie à fluorescence X vous permet de visualiser des structures biologiques dures dans leur état naturel. Le système de détection accélère le balayage de l'échantillon en temps réel et fournit des données à une résolution sans précédent.
Les images, qui ont une sensibilité et une résolution jamais atteintes auparavant, fournir une carte de distribution d'une gamme d'éléments chimiques dans la plume.
Comprendre le développement des plumes d'oiseaux est important pour comprendre l'évolution des oiseaux, formation d'organes, la régénération des tissus et l'état de santé de chaque animal.
Les résultats ont également une application potentielle significative plus largement dans la biologie du développement.
"Les mêmes mécanismes biochimiques de base qui permettent aux plumes de se développer chez les oiseaux sont à l'œuvre chez d'autres animaux et humains, " a déclaré Howell.
Les modèles de formation de motifs dans les plumes décrivent (A) la formation de motifs de zinc observée peut être le résultat d'une hétérogénéité préexistante parmi les cellules souches de plumes. (B) le nombre de lignes alternées de zinc élevé et faible se rapproche de la période de croissance globale estimée. Crédit :Organisation australienne pour la science et la technologie nucléaires (ANSTO)
Par exemple, l'identification d'une personne distincte, Le schéma répétitif de la concentration de zinc dans tous les échantillons était particulièrement intéressant.
Le zinc est un élément essentiel pour la croissance des oiseaux, la formation d'enzymes, le développement du squelette et une gamme de fonctions physiologiques.
Ces bandes de zinc ressemblaient mais n'étaient pas liées à des bandes de croissance distinctes.
Le mécanisme exact qui conduit aux dépôts réguliers de zinc est inconnu mais les scientifiques ont remarqué que le nombre de bandes de zinc semble être le même que le nombre de jours de croissance de la plume, par exemple. la durée de la période de mue.
"Nous ne disposons pas de données entièrement précises sur le taux de croissance des plumes chez un oiseau marin migrateur, qui doit être observé dans les conditions du cycle de vie naturel de l'animal, " dit Howell.
"Néanmoins, si régulier, les modèles biologiques contiennent des informations importantes, parce que semblable aux cernes des arbres, ils sont un horodatage naturel qui enregistre les événements au cours de la croissance de ces modèles », a déclaré Howell.
Par conséquent, les motifs dans les plumes peuvent être utiles pour évaluer rétrospectivement la santé et l'état nutritionnel de l'oiseau, de la manière dont les cernes des arbres indiquent des événements environnementaux passés, comme les sécheresses et les inondations.
Les plumes provenaient de trois espèces de puffins migrateurs, oiseaux connus pour voyager plus de 60 ans, 000 kilomètres par an sur leur migration vers les zones de reproduction.
M. Howell a déclaré qu'aucun travail n'aurait été possible sans un travail de terrain minutieux dans des endroits éloignés.
Plumes simples de poitrine et d'aile de la chair aux pieds, des puffins rayés et à queue courte ont été capturés sur l'île Lord Howe, plusieurs îles japonaises et Bundeena Beach (NSW) sous la direction du co-auteur Dr Jennifer Lavers de l'Institut d'études marines et antarctiques de l'Université de Tasmanie.
"Il est très difficile d'imager et de mesurer les métaux dans les échantillons biologiques, mais c'est quelque chose que nous pouvons faire avec une variété de techniques à l'ANSTO utilisant des rayons X, neutrons et isotopes, " dit Howell.
L'année dernière, une approche similaire a été utilisée pour détecter et mesurer le strontium dans les vertèbres des requins.
