科學(xué)家認(rèn)為，果蠅和人類的聽覺在細(xì)胞水平上非常相似，這就是為什么他們想要探索果蠅的耳朵，以便更多地了解人類的聽力。但他們不能輕易躲到耳邊。由愛荷華大學(xué)領(lǐng)導(dǎo)的研究已經(jīng)找到了一種方法來接觸蒼蠅的耳朵以及其他昆蟲的器官 - 即使它受到被稱為外骨骼的硬化外涂層的保護(hù)。研究人員描述了一種將昆蟲包裹在堅硬樹脂中的技術(shù)，類似于一些古老的昆蟲保存在琥珀中的方式。然而，與那些永久性埋藏的動物不同，新技術(shù)允許研究人員打開外骨骼并研究活體器官和細(xì)胞。

除了使用該技術(shù)研究果蠅聽力外，研究人員還表示，它還可以用來研究來自試驗動物的活細(xì)胞的視力，腦功能和其他生物過程。作者在開放獲取期刊“生理學(xué)前沿 ”(Frontiers in Physiology)上發(fā)表的文章中寫道：“我們開發(fā)了一種簡單的程序，用于打開節(jié)肢動物的外骨骼，從而暴露活組織和神經(jīng)元成分。” “我們相信這個程序?qū)τ趲椭沂靖杏X器官和其他被困在極小角質(zhì)層區(qū)域內(nèi)的細(xì)胞的秘密具有重要價值。”

昆蟲的外骨骼就像骨骼和皮膚的組合，提供雙層護(hù)甲，保護(hù)內(nèi)部器官免受捕食者，疾病和其他威脅。由于這些器官通常位于微小的，難以到達(dá)的位置，科學(xué)家們一直在努力以一種允許它們在實時狀態(tài)下進(jìn)行研究的方式暴露它們。

果蠅耳朵就是一個很好的例子。它隱藏在飛行天線的一部分中，只有80微米寬，小于人類頭發(fā)的寬度。隔室也被包裹在外骨骼的一部分中，加劇了管道內(nèi)容物的挑戰(zhàn)。

“基本問題是感覺細(xì)胞隱藏在非常小的觸角內(nèi)，這阻止了科學(xué)家進(jìn)入感覺細(xì)胞，”UI生物學(xué)教授，該論文的通訊作者Alan Kay說。凱轉(zhuǎn)向牙科尋求解決方案。他的父親是一名牙醫(yī)，凱記得他父親用過的所有小說小玩意兒和材料都像小孩一樣著迷。他想知道他是否可以將蒼蠅的頭部封在一種膠水中，它會被固定在太空中，然后仍然活著，這樣他就可以研究細(xì)胞和器官了。

“沒有什么能比得上那么詳細(xì)的內(nèi)部三維拓?fù)淞恕?rdquo;

來自UI牙科學(xué)院的Christopher Barawacz和Steven Armstrong為Kay提供樹脂嘗試。化學(xué)和生物化學(xué)工程部門的Jon Scholte和Allan Guymon確定了樹脂的化學(xué)性質(zhì)。

最終的產(chǎn)品是一種具有類似蜂蜜狀稠度的樹脂，這樣一種液滴可以包裹蒼蠅的頭部，并將其固定在原位而不會粘在上面。凱然后用光硬化了樹脂，因此可以進(jìn)行精確的切割以隔離一個區(qū)域，而不會破壞內(nèi)部精致的細(xì)胞。研究人員還添加了一種營養(yǎng)液，可以在切割過程中保持組織和細(xì)胞的活力。

從那里，切割部分可以楔入蠟中，并從任何角度觀察和探測，如懸浮的活體標(biāo)本。

“沒有什么比具有恰到好處的詳細(xì)內(nèi)部三維拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，”研究果蠅聽力的UI生物學(xué)家Daniel Eberl說，他是該論文的共同作者。

研究人員證明該技術(shù)適用于螞蟻，蚊子，水蚤(水蚤)和螨蟲。Eberl和Kay計劃利用這項技術(shù)來學(xué)習(xí)，例如，為什么蒼蠅耳朵內(nèi)的細(xì)胞對外界刺激的反應(yīng)不同。

“一些感覺神經(jīng)細(xì)胞對振動做出反應(yīng)，而其他感覺神經(jīng)細(xì)胞則對微弱的偏轉(zhuǎn)做出反應(yīng)，就像在微風(fēng)中發(fā)生的那樣，”Eberl說。

這些基本的聽覺過程，無論是蒼蠅還是人類，仍然是一個謎。

“令人矚目的是蠅耳和人耳看起來截然不同，但這些器官的工作方式有很多相似之處，”Eberl說。

來自耶魯大學(xué)的Davide Raccuglia和Michael Nitabach正在撰稿。UI的研究和經(jīng)濟(jì)發(fā)展副總裁辦公室資助了這項工作。