We thank Donna Epps, histologist at Institute for Genomic Biology, University of Illinois Urbana-Champaign (UIUC), for her capable technical assistance in sample preparation and sectioning. This work was supported by a research grant to B.W. Fouke from the Office of Naval Research (N00014-00-1-0609). In addition, C.A.H. Miller received grants from the UIUC Department of Geology Wanless Fellowship, UIUC Department of Geology Leighton fund and UIUC Department of Geology Roscoe Jackson fieldwork fund. Interpretations presented in this manuscript are those of the authors and may not necessarily represent those of the granting institutions. We also thank the Caribbean Research and Management of Biodiversity (Carmabi) laboratory on Cura&#231;ao for their support and collaboration in collecting the coral tissue biopsy samples. We thank Claudia Lutz, IGB Media Communication Specialist for her able language correction.

참고 : 시약은 산호 샘플의 직렬 블록 얼​​굴 이미징을위한 준비를합니다 1 Preinfiltration 왁스 <ol><li> 유리 비커에 스테아린 조각 3.6 g을 녹여. 핫 플레이트 (60 ~ 70 ° C에서) 잘 섞는다. </li><li> 수단 IV의 400 mg의 추가 (왁스 배경 형광을 최소화하기 위해). 잘 섞어 빨간색 반투명​​ 솔루션이 달성 될 때까지 기다립니다. </li><li> 96 ㎖의 뜨거운 용융 파라핀 (100 %)을 넣고 잘 섞는다. </li></ol> 1.2) 포함] 왁스 <ol><li> 유리 비커에 스테아린 조각 7.2 g을 녹여 뜨거운 접시에 잘 혼합 (60 ~ 70 ° C). </li><li> 수단 IV의 0.8 g을 추가합니다. 잘 섞어 빨간색 반투명​​ 솔루션이 달성 될 때까지 기다립니다. </li><li> 파라핀 과립 (162g)를 추가 파라핀이 완전히 녹을 때까지 섞는다. </li><li> 흰색 과립 Vybar의 30g를 추가하고 같은 비커에 완전히 녹아; 녹인 후, 혼합한다. </li><li> 느슨하게 뚜껑 유리 병을 닫습니다. 60 ° C 대류 오븐에 유리 병을 배치EN은 액상 성분을 유지한다. 이 오븐의 모든 침입을 수행하십시오. </li><li> 100 ㎖의 각의 두 유리 병에 200 ㎖의 빨간색 왁의 전체 볼륨을 분할합니다. 한 침투에 대한 나누어지는 최종 매립에 대한 기타를 사용합니다. </li></ol> 1.3) 직렬 블록 얼​​굴 이미징에 대한 임베딩 산호 조직 <ol><li> 인산염 완충 생리 식염수에 (3 배 5 분) (파라 포름 알데히드 4-5 ° C에서 3-6개월) 산호 분야 (SI 비디오 1)에서 수집 및 저장 폴립을 씻고 준비가 이미지를 만들 때 석회. 24 시간 동안이나 용종의 CaCO3의 완전히없는만큼 때까지 ExCal 솔루션의 폴립을 석회. 샘플을 탈수 1X 크실렌 대체 한 후, 25, 50, 75, 및 100 % 에탄올 시리즈에서 단일 블록으로 여러 탈회 산호 폴립 부화. </li><li> 100 % 자일 렌의 대체를 포함하는 예열 65 ° C의 오븐에서 처리 된 용종을 놓습니다. 창이에 의해 두 번 30 분 동안 품어신선한 용액에 겨. 폴립의 상부면 아래 및 상부 표면은 가능한 평탄한되는 방식으로 용종의 방향. </li><li> 1, 1 : 1 및 1 : 2의 용액을 2 크실렌 대체물 및 50 ㎖의 팔콘 튜브에서 preinfiltration 왁스 (단계 1.1). </li><li> 30 ~ 60 분마다 100 %의 preinfiltration 왁스의 3 배 인큐베이션 preinfiltration 왁스의 세 가지 농도를 증가, 산호 폴립을 품어. </li><li> 주의 : 샘플의 두께에 따라, 단계 1.3.1-1.3.5 장기간에 따라 증가 될 수있다. </li><li> 왁스를 포함하는 샘플을 이동 100 % preinfiltration 왁스의 3 배 배양 후에 (단계 1.2.6 참조). </li><li> 30 분 후 삽입 왁스를 제거합니다. 신선한 삽입 왁스로 교체하고 65 ° C에서 4 시간의 최소 배양을 계속합니다. </li></ol> 1.4) 레드 왁스에 포함하기 <ol><li> 블록 (흰색 왁스 배치와 상단에있는 스테인리스 스틸 트레이를 촬영하는의 샘를 들어)이 배치된다. 일단 왁스에 매립하기 때문에 필요한 샘플의 위치는 매립 붉은 왁스가 불투명으로 보이지 않게된다. </li><li> 새로운 예열 된 스테인레스 스틸 삽입 금형 주위에 고 융점 왁스의 작은 방울을 넣고 식 힙니다. 단계 1.2.6에서 언급 한 바와 같이 제 2 용기에서 갓 녹은 내장 왁스의 작은 볼륨을 붓는다. </li><li> 흰색 왁스 점 이상 빠르게 아래로 향하게 산호 폴립의 위치를​​ 다음 스테인리스 쟁반에 플라스틱 샘플 홀더를 배치하고 왁스는 플라스틱 금형의 표면까지 오도록 더 삽입 왁스를 붓는다. </li><li> 65 ° C의 오븐에서 전체 설치를 타고 왁스가 완전히 경화 될 때까지 벤치 또는 차가운 표면에 냉각 할 수 있습니다. </li><li> 이것은 하루 이틀에 6 시간 최대 걸릴 수 있습니다. 장기 저장을 위해 빛으로부터 보호 4 ° C에서 냉장고에 건조 된 블록을, 놓습니다. </li></ol> 1.5) 직렬 블록 얼​​굴 설정에서 단면 <ol><li> TR블록 메신저 및 마이크로톰을 사용하여 1 μm의 섹션을 잘라. 그들은 분말처럼 될 것 같은 부분을 수집하지 마십시오. 우리는 단지 블록의 얼굴을 이미지화하는 것을 잊지 마십시오. 흰색 왁스가 사라지기 시작할 때 샘플이 나타납니다. </li><li> 샘플보기 부분이 제거 될 때마다 블록이 포함 매끄러운면의 이미지를 캡처. 산호 폴립은 SI 비디오 2에서 사라질 때까지 계속합니다. </li><li> 녹화 / 색소 / 산호 폴립의 자동 형광을 데리러 FITC 형광 필터를 사용하여 흑백 카메라로 이미지를 캡처합니다. 이미지 각 종에서 3-4 탈회 코어. </li></ol> 2 이미징 산호에서 두 개의 광자 형광 현미경 <ol><li> 즉시 물에서 수확 각 컬렉션 (바다 해안)의 사이트에서 4 % 파라 포름 알데히드에 직경 인치에 대해 약 10 ~ 12 폴립을 포함, 산호 폴립 코어를 수정합니다. </li><li> 영상까지 4 ° C에서 샘플을 보관하십시오. 세탁 코어는 일에 배치됩니다거꾸로 커버 유리 바닥 접시에 전자 같은 용액 (0.17 mm 두께). </li><li> 10 배 (0.3 NA) 목표를 사용하여 780 nm의 여기, 이미지 두 개의 서로 다른 배율 (디지털 줌)에서 3-4 폴립에서 두 광자 레이저를 사용. 산호 폴립 형상과 높이도 촬상 대물의 작동 거리에 의해 제한되는 샘플 (보통 1~2밀리미터) 및 촬상 깊이 사이에서 변한다. </li><li> 주위 5,000-10,000 이미지를 총, 10, 20 μm의 간격으로 z 축 통해 XY의 초점면 당 이미지와 50 ~ 100 이미지를 약 25 ~ 100 (5 × 5, 10 × 10 타일)를 수집하기 위해 타일 스캔 모드를 사용 / 산호 폴립. </li><li> 네 용종 지역 이미지 셋은 코어와 산호 종을 나타냅니다. 참고 : 이미지 획득 시간은 2-5 시간 / 용종 지역마다 다릅니다. </li><li> LSM 5는 3D 이미지 분석 및 렌더링 소프트웨어에서 3D 렌더링으로 시스템의 하드 디스크에 원시 데이터 형식으로 모든 이미지를 저장합니다. </li></ol> 3 차원 볼륨 렌더링과 VisualizatioSBFI의 n 및 두 개의 광자 형광 스펙트럼 데이터 <ol><li> 프로그램 사각형 자르기 도구를 사용하여 하나의 용종에 포커스함으로써 파일 크기를 줄이고 컴파일 단일 TIFF 파일로 수집 소프트웨어 (8 비트 형식으로 파일을 저장하여도 파일 크기를 감소)하는 2D 데이터 자르기. </li><li> Imaris 볼륨 알고리즘에 따라 모듈을 능가 프로그램에 SBFI 데이터의 조립 파일 (1.5.1 단계에서 수집) 또는 (2.1.4 단계에서 수집 된) 두 광자 광학 부분의 타일 여러 Z-스택을 엽니 다. </li><li> 그림자 투영을 사용하여 3D 렌더링 SBFI 데이터를 전망이다. 복셀은 고체 표면 패턴 (SI 비디오 3)을 만들 역치 아르있는 isosurface 모드를 만듭니다. </li><li> 산호의 3 차원 구조와 형태를 나타 내기 위해 XZ, XY에서 클리핑면 알고리즘을 사용하여 3D 돌기, 그리고 YZ 직교 모드를 시각화. </li><li> Imaris 동일한 프로그램 키 프레임 애니메이션 모듈을 사용하여 돌기에 애니메이션 (SI 바이DEOS 3-7). </li><li> 5 % 압축에서 비디오 파일을 생성하고 볼륨을 사용하여 AVI 형식의 동영상 클립을 생성 (SI 동영상 4 및 6), 3D 및있는 isosurface 양식 (SI 동영상 5, 7). </li></ol>

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The authors declare no conflict of interests.

산호초 연구는 해양 환경에서 작동을 동시에 물리적, 화학적 분석, 생물학적 현상을 포함하는, 고도의 학제 적 연구 노력이다. 복잡한 산호초 생태계의 연구는 따라서 최선의 상황에 맞는 프레임 워크 (그림 10) &#39;10의 멱수&#39;내에 완료됩니다. 이 그래픽 편집 산호 생태계 차원 공간의 넓은 범위 (10 -9 10 5m)를 다루고 있음을 보여줍니다. 또한,이 운동은 geobiological 필?...

지구 온난화 및 첨부 환경의 변화는 직접적으로 열대 해양 산호 1-4의 건강 및 유통에 영향을 미치는됩니다. 여러 영향 산호 표백 및 전염병 5-6의 출현을 포함하여 관찰되고있다. 그러나 이러한 환경 적 위협에 대한 미래 산호 응답의보다 정확한 예측은 조직 학적 &quot;베이스 라인&quot; &quot;건강 해 보이는&quot;산호에 대한 조직의 형태 및 세포 구성과 분포를 정의하는 설립하는 것이 필요합니다. 차례로, 산호가 다음 정량적으로 비교 될 수있다 &quot;영향&quot;. &quot;정상 응답이&quot;또한 환경에 걸쳐 구배 계측 할 수 있도록 또한,이 기준선은, 다양한 환​​경 조건 하에서 외관상 건강한 산호 대해 확립되어야한다. 이 기준선을 설정 향한 초기 단계로서, 고해상도 3D 연구는 어떻게 외관상 건강한 산호 폴립 조직 수행되었다형태와 세포 조성물은 햇빛 조사량에서 수심의 증가 (WD) 및 첨부 감소에 응답합니다. 결과는 다음 산호 적응 기작보다 포괄적 이해를 설정할뿐만 아니라, 산호 공생 진화 통찰력과 광 수확의 향상을 얻기 위해 이용 될 수있다. 스토니 산호 (Scleractinia)는 공동으로 산호 7-10 holobiont이라 다른 미생물의 복잡한 조립, 호스트를 재생 식민지 해양 무척추 동물이다. 본 연구에서 수행 연구는 동시에 조직 색소의 증가 수심 분명히 건강한 호스트 산호의 공생 주산 셀러와 변경 사항을 추적하기 위해 최첨단 영상 기술의 제품군을 사용하고자한다. 이 산호 난방의 지표로 분명히 건강한 산호와 행위에 대해 수심 그라데이션을 통해 필요한 비교 조직 셀 &quot;기준&quot;을 설정합니다LTH 10. 산호 안료라는 색소가 흡수, 반영, 산란, 굴절, 회절, 또는 다른 사건 태양 복사 11을 방해하는 역할을합니다. 주산 셀러 - chromatophore endosymbiotic 관계는 산호 동물 (12)에 대해 전략적으로 유리한 빛 수확 최적화 및 골격 성장 전략의 공진화뿐만 아니라 영양 소성 (시프트 공급 전략 autotrophy가 heterotrophy까지 앞뒤로)를 사용할 수있다. 쿠라 카오 남부 카리브해 섬 국가 (네덜란드 령 앤 틸리 스의 이전 부분) 아루바 라 Blanquilla 열도 (그림 1A)를 동향 동서 내에서 약 65km 북쪽 베네수엘라있다. 쿠라 카오 70km 긴 남쪽 해안은 현대 지속적이고 중신 - 플라이오세 - 플라이 스토 홀로 세 고대의 언저리 산호초 기관 13, 14이 포함되어 있습니다. 큐라는 약 3 ° C 형을 변화에 연간 SST 평균nually, 27.5 ± 0.5 ºC의 연간 평균 온도, 9 월 초에 29 ° C의 최대 월 말에서 26 ° C의 최소에 이르기까지 (NOAA SST 데이터 것은 2000년부터 2010년까지 설정합니다). 이전에 잘 공부 되었기 때문에 큐라 (그림 1A)의 북서쪽 끝에 근처에 누워 야 Kalki에서 산호초 (12 ° 22&#39;31.63 &quot;N, 69 ° 09&#39;29.62&quot;W)는, 샘플링에 선정되었다 이 위치에서 해양 생태계 신선한 nonpolluted 해수 7,15-19에서 목욕을합니다. . 두 밀접하게 관련 scleractinian 산호 종, M.의 annularis 및 M faveolata,이 연구에서 실험과 분석을 위해 선택되었다 각 종 때문에 (1) 선반 휴식과에 대한 암초 기관에 전시 분명히 다른과 겹치지 않는 수심 분포 관련 탄산염 퇴적 퇴적 환경 (M.의 annularis 범위 = 0-10미터 WD, M.의 faveolata범위 = 10~20m WD 20,도 1B, 2A 및 2B); (2) 카리브해 (21)에 걸쳐 공통의 산호초 프레임 워크 빌더입니다; (3) 잘 연구 된 생태 학적, 생리 학적, 진화 관계 (22)이있다. 본 연구를위한 필드를 샘플링은 해외 쿠라에 플라 야 Kalki의 표준 스쿠버 다이빙 기술을 사용하여 실시 하였다. 얕은 - 투 - 심해 해저 지형의 횡단면은 선반 휴식을 통해, 선반 가로 질러 그 설립하고, 깊은 물 이물 암초 환경으로 하였다. (1) 세 개인 M.의 ~ 1m 직경 산호 머리 : 분명히 건강한 산호 헤드는 다음을 포함하여이 수심 횡단면을 따라 샘플링 확인되었다 5m 수심 (WD)에 있었다 모두 annularis; M.의 (2) 개별 세 ~ 1m 직경 산호 머리 faveolata는 모두 12m WD에 있었다. 광합성 활성 복사 (PAR)는 33-36% P로 측정 하였다5m WD에서 AR과 10m WD에서 18-22%의 PAR. SST는 5m와 12m 모두의 수심에서 26 ° C를 때 샘플링 년 1 월에 실시했다. 이 여섯 산호 헤드의 각 (즉,. 육 반구형 산호 머리에 각각 약 45 ° N 위도) 동일한 공간 위치에 세중 샘플링했다. 각각의 샘플은 청소 아치 펀치 수집 2.5 cm 직경 산호 조직의 골격 코어 생검으로 구성되었다. 세 산호 조직의 골격 조직 검사가 산호 머리에서 각각 장갑을 낀 손으로 표준 SCUBA에서 샘플링되었다 (M. 9은 5m WD에서 식민지를 annularis 및 M.에서 9 12m WD에서 faveolata). 즉시 깊이에서 수령시, 각 조직 검사 코어 시료를 멸균 50 ㎖의 폴리 프로필렌 원심 분리 관에 넣고, 나사 정상은 밀봉하고, 표면에 돌아왔다. 해수 각 원심 관으로부터 경사 분리하고, 각 코어 생검 후, 침지 저장, 4 % 파라 포름 알데히드로 이송 하였다. 23-30와 동물 샘플의 여러 유형을 포함하여 생물학적 시료의 넓은 범위에서 수행되었다. 형광 또는 시야 기법 중 하나와 광학 / 광학 현미경을 이용 이러한 연구의 대부분. 그러나, 연구는 지난 31 년 사형 전자 시리얼 블록 얼굴 영상을 사용하여 초고 배율에서 수행되고있다. 본 연구에서, 변성 SBFI 프로토콜이 개발되었으며 처음 산호인가. M. 때문에 annularis와 M. faveolata 산호 폴립은 두께 1-2mm 아르, 루틴 광학 현미경 기술 중 어느 것도 산호 폴립 조직의 전체 두께를 관통 할 수 없을 것입니다. 따라서, 우리는 특히 산호 샘플을 위해 설계 SBFI 샘플 준비 프로토콜을 가지고있다. 또, 정의 실체 홀더를 설계했다x와 y 방향 모두에서 동력 이동된다. 이 장치는 오히려 현미경 앞의 정규 마이크로톰을 사용하는 섹션을 수집하는 것보다 샘플 블록 얼​​굴의 화상을 얻어. 우리는 또한 산호 조직의 전체 두께에 걸쳐 이미지에 동일한 산호 폴립을 다른 비선형 광학 두 광자 현미경 기술을 소개했다. 이것은 탈회 측면과 시료 전처리 (탈수) 및 프로세싱 프로토콜에 의해 유도 될 수있다 조직 형태학 및 볼륨 (수축)의 변화의 가능성에 의해 부과 SBFI 한계를 극복한다. 또한, 산호에서 배출 프로파일은 스펙트럼 색소와 광합성 주산 셀러 사이에 절정 배출과 변화를 확인하기로 결심 하였다. 이러한 결과는 사용 된 방법의 컨텍스트 및 수집 시간에 관한 개별 장점, 분석 시간, 및 STR을 손상시키지 않고 미세 구조적 세부 사항을 해결하는 능력으로 평가 하였다산호 조직의 uctural 무결성.

<table><tbody><tr><td>Coral Tissue Skeleton</td><td></td><td></td><td>2.5 cm Biopsy from natural habitat</td></tr><tr><td>Arch Punch Coring Device</td><td>C.S. Osborne and Company</td><td>No. 149</td><td>For Coral biopsy collection</td></tr><tr><td>Paraformaldehyde</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>RT 15700</td><td>16% Pre-diluted</td></tr><tr><td>Histoclear/Safeclear II</td><td>Electron Microscopy Sciences</td><td>RT 64111-04</td><td>Non-Toxic alternate to Xylene, Dehydration and Deparafinization</td></tr><tr><td>Xylene and Ethanol</td><td>Fisher Scientific</td><td></td><td>Dehydration</td></tr><tr><td>Paraffin Wax</td><td>Richard Allen Scientific</td><td>Type H REF 8338</td><td>Infiltration solution</td></tr><tr><td>Vybar</td><td>The Candle Maker</td><td></td><td>Component of Red Wax</td></tr><tr><td>Stearin</td><td>The Candle Maker</td><td></td><td>Component of Red Wax</td></tr><tr><td>Sudan IV</td><td>Fisher Chemical</td><td>S667-25</td><td>Red Wax-Opaque background</td></tr><tr><td>Wheat Germ Agglutinin (WGA)</td><td>Life Technologies</td><td>W32466</td><td>For labeling&amp;nbsp; Coral Mucus</td></tr><tr><td>Prolong Gold</td><td>Life Technologies</td><td>P36095</td><td>Anti-fade mounting media</td></tr><tr><td>Fluoro Dish</td><td>World Precision Instruments</td><td>FD-35-100</td><td>For two-photon imaging</td></tr><tr><td>XY Motor, Driver and Controller</td><td>Lin Engineering</td><td>211-13-01R0, R325, R256-RO</td><td>XY Translational Movement</td></tr><tr><td>Hot Plate</td><td>Corning</td><td>DC-220</td><td>Melting all wax</td></tr><tr><td>Convection Oven</td><td>Yamato</td><td>DX-600</td><td>Infiltration and Embedding</td></tr><tr><td>Tissue Processor</td><td>Leica</td><td>ASP 300</td><td>Dehydration, Infiltration</td></tr><tr><td>Microtome</td><td>Leica</td><td>RM2055</td><td>Disposable knifes</td></tr><tr><td>Stereo Microscope</td><td>Carl Zeiss</td><td>Stereolumar V 12</td><td>1.5x (30 mm WD) Objective</td></tr><tr><td>Fluorescence Microscope with ApoTome</td><td>Carl Zeiss</td><td>Axiovert M 200, ApoTome I System</td><td>Imaging thin section of a polyp: Zooxanthellae</td></tr><tr><td>Axiocam camera</td><td>Carl Zeiss</td><td>MRm</td><td>Monochrome camera 1388x1040 pixels</td></tr><tr><td>Axiovision Software</td><td>Carl Zeiss</td><td>Version 4.8</td><td>Image acquisition program</td></tr><tr><td>Two-Photon Laser</td><td>Spectraphysics</td><td>Maitai eHP, pulsed laser (70 fs)</td><td>With DeepSee module</td></tr><tr><td>Laser Scanning Microscope</td><td>Carl Zeiss</td><td>LSM 710 with Spectral Detector</td><td>34 channel PMT detection</td></tr><tr><td>Zen Software</td><td>Carl Zeiss</td><td>2010 or above</td><td>for two-photon and spectral image acquisition</td></tr><tr><td>Imaris Suite Software</td><td>Bitplane, Inc.,</td><td>Version 7.0 or above</td><td>3D Volume, Iso-surface Rendering, Visualization</td></tr></tbody></table>

multimodal optical microscopy methods reveal polyp tissue morphology and structure in caribbean reef building corals

이미징 기술의 통합 스위트 카리브해 암초 건물 산호 Montastraea의 annularis 및 M. 이루어지는 3 차원 (3D) 형태학 및 용종 조직의 세포 구조를 결정하기 위해 적용되어왔다 faveolata. 이러한 접근은 형광 현미경 (FM), 시리얼 블록 얼​​굴 영상 (SBFI), 및 2 광자 공 초점 레이저 주사 현미경 (TPLSM)를 포함한다. SBFI 물리적 절편 후 깊은 조직 이미징을 제공한다; 그것은 이상 2mm의 조직 깊이에 조직 표면의 질감과 3D 시각화에 대해 자세히 설명합니다. 조직 세포 구조의 보완 FM 및 TPLSM 수율은 매우 높은 해상도의 이미지. 결과가있다 : (1) 외부 개별 산호 폴립의 벽에 이전에보고되지 않은 lobate 조직 형태학을 확인 (2) 색소, 조류와 같은 dinoflagellate의 주산 셀러의 endosymbionts의 3 차원 분포와 조직 밀도의 제 1면지도를 만들었습니다. 스펙트럼 흡수 완두콩500 nm 내지 675 nm 인 KS는 각각 제안 M. annularis와 M. faveolata 엽록소와 색소의 유사한 유형을 포함. 그러나, M. annularis와 M. 조직 밀도와 이러한 주요 세포 구성 요소의 3 차원 분포의 유의 한 차이를 나타내지 faveolata. 이미징 방법에 초점을 맞춘이 연구는 SBFI이 탈회 산호 조직의 큰 mm 크기의 샘플의 분석에 매우 유용 있음을 나타냅니다. 무료 FM 및 TPLSM는 nondecalcified 산호 조직 샘플에서 세포의 분포와 밀도의 미묘한 서브 밀리미터 규모의 변화를 알 수있다. TPLSM 기법 수득한다 : (1) 최소 침습 샘플 준비, (2) 우수한 광 단면 처리 능력, (3) 최소의 광 흡수 및 산란, 여전히 깊은 티슈 이미징을 허용하면서.

(본 연구를 위해 특별히 제조 된 그림 3) 사용자 정의 설계 SBFI 장치는 M.의 외부 표면의 질감과 형태의 첫번째 상세한 3D 디지털 고도지도 (DEM을)를 생산 annularis와 M. faveolature 산호 폴립 (그림 4 및 SI 동영상 1-2). 이것은 각각의 동심 폴립 (도 4B, 4D 및 4E)의 중심으로부터 외측 방사 산호 조직되지 않았던 이전 누적 로브 이미지를 수득 하...

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Multimodal Optical Microscopy Methods Reveal Polyp Tissue Morphology and Structure in Caribbean Reef Building Corals

영상 기술의 통합 제품군은 카리브해 산호 Montastraea의 annularis와 M.에서 용종의 형태와 조직 구조를 결정하기 위해 적용되었습니다 faveolata. 형광, 직렬 블록 얼​​굴, 및이 광자 공 초점 레이저 주사 현미경 lobate 구조 용종 벽 및 예상 chromatophore 및 주산 셀러 밀도 및 분포를 확인했다.

복합 광학 현미경 방법 카리브 암초 건물 산호의 폴립 조직 형태와 구조를 밝히기

An integrated suite of imaging techniques has been applied to determine the three-dimensional (3D) morphology and cellular structure of polyp tissues ...

multimodal-optical-microscopy-methods-reveal-polyp-tissue-morphology

Research

JoVE Journal

Environment

12.2K 조회수.  University of Illinois at Urbana-Champaign.  영상 기술의 통합 제품군은 카리브해 산호 Montastraea의 annularis와 M.에서 용종의 형태와 조직 구조를 결정하기 위해 적용되었습니다 faveolata. 형광, 직렬 블록 얼​​굴, 및이 광자 공 초점 레이저 주사 현미경 lobate 구조 용종 벽 및 예상 chromatophore 및 주산 셀러 밀도 및 분포를 확인했다. 

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A Field Primer for Monitoring Benthic Ecosystems Using Structure-From-Motion Photogrammetry

Structure-from-motion (SfM) photogrammetry is a technique used to generate three-dimensional (3D) reconstructions from a sequence of two-dimensional (2D) images. SfM methods are becoming increasingly popular as a noninvasive way to monitor many systems, including anthropogenic and natural landscapes, geologic structures, and both terrestrial and aquatic ecosystems. Here, a detailed protocol is provided for collecting SfM imagery to generate 3D models of benthic habitats. Additionally, the cost, time efficiency, and output quality of employing a Digital Single Lens Reflex (DSLR) camera versus a less expensive action camera have been compared. A tradeoff between computational time and resolution was observed, with the DSLR camera producing models with more than twice the resolution, but taking approximately 1.4-times longer to produce than the action camera. This primer aims to provide a thorough description of the steps necessary to collect SfM data in benthic habitats for those who are unfamiliar with the technique as well as for those already using similar methods.

We provide a detailed protocol for conducting underwater structure-from-motion photogrammetry surveys to generate 3D models and orthomosaics.

Structure-from-Motion Photogrammetry를 사용하여 저서 생태계를 모니터링하기 위한 현장 입문서

Structure-from-motion (SfM) photogrammetry is a technique used to generate three-dimensional (3D) reconstructions from a sequence of two-dimensional (2D) ...

연구

환경과학

Coral Reef Arks: An In Situ Mesocosm and Toolkit for Assembling Reef Communities

Coral reefs thrive and provide maximal ecosystem services when they support a multi-level trophic structure and grow in favorable water quality conditions that include high light levels, rapid water flow, and low nutrient levels. Poor water quality and other anthropogenic stressors have caused coral mortality in recent decades, leading to trophic downgrading and the loss of biological complexity on many reefs. Solutions to reverse the causes of trophic downgrading remain elusive, in part because efforts to restore reefs are often attempted in the same diminished conditions that caused coral mortality in the first place. 
Coral Arks, positively buoyant, midwater structures, are designed to provide improved water quality conditions and supportive cryptic biodiversity for translocated and naturally recruited corals to assemble healthy reef mesocosms for use as long-term research platforms. Autonomous Reef Monitoring Structures (ARMS), passive settlement devices, are used to translocate the cryptic reef biodiversity to the Coral Arks, thereby providing a "boost" to natural recruitment and contributing ecological support to the coral health. We modeled and experimentally tested two designs of Arks to evaluate the drag characteristics of the structures and assess their long-term stability in the midwater based on their response to hydrodynamic forces. 
We then installed two designs of Arks structures at two Caribbean reef sites and measured several water quality metrics associated with the Arks environment over time. At deployment and 6 months after, the Coral Arks displayed enhanced metrics of reef function, including higher flow, light, and dissolved oxygen, higher survival of translocated corals, and reduced sedimentation and microbialization relative to nearby seafloor sites at the same depth. This method provides researchers with an adaptable, long-term platform for building reef communities where local water quality conditions can be adjusted by altering deployment parameters such as the depth and site.

Coral Reef Arks: An In Situ Mesocosm and Toolkit for Assembling Reef Communities

Moored midwater geodesic structures called Coral Arks provide a modular, scalable, and vertically adjustable research platform that can be used to build, monitor, and perturb coral reef communities in previously inoperative areas, including offshore.

Coral Reef Arks: 산호초 커뮤니티를 조립하기 위한 현장 메소코스m 및 툴킷

Coral reefs thrive and provide maximal ecosystem services when they support a multi-level trophic structure and grow in favorable water quality conditions ...

Measuring the Structure, Composition, and Change of Underwater Environments with Large-area Imaging

Digital imaging and processing technology have evolved to facilitate the expansion of large-area imaging surveys, which increase our capacity to study the status, trends, and dynamics of organisms living in subtidal habitats. By creating photo-realistic digital twins for ex situ analyses, these approaches allow small field teams to collect substantially more data than was previously possible. Here we present a four-step, large-area imaging survey pipeline and analysis methodology, including image collection, model construction, ecological analysis, and data curation, that has been developed and refined through experimentation over the past decade. Each step described has a consistent focus on the unique value of the original source imagery. While types of data extracted from large-area image surveys are vast, we include here workflows to extract ecological data for structural complexity, community composition, and demographic analyses valuable for monitoring and hypothesis-driven efforts. We additionally include recommendations for metadata standards, which complement the collection of large-area imaging data and support archival efforts facilitating transparency and collaboration between research groups.

This protocol covers a four-step large-area imaging survey methodology used to extract metrics of structural complexity, community composition, and population demographics for coral reef communities. The quality of imagery collected and integrated access to the source imagery are prioritized within each step of the protocol.

Digital imaging and processing technology have evolved to facilitate the expansion of large-area imaging surveys, which increase our capacity to study the ...

Multimodal Imaging and Spectroscopy Fiber-bundle Microendoscopy Platform for Non-invasive, In Vivo Tissue Analysis

Recent fiber-bundle microendoscopy techniques enable non-invasive analysis of in vivo tissue using either imaging techniques or a combination of spectroscopy techniques. Combining imaging and spectroscopy techniques into a single optical probe may provide a more complete analysis of tissue health. In this article, two dissimilar modalities are combined, high-resolution fluorescence microendoscopy imaging and diffuse reflectance spectroscopy, into a single optical probe. High-resolution fluorescence microendoscopy imaging is a technique used to visualize apical tissue micro-architecture and, although mostly a qualitative technique, has demonstrated effective real-time differentiation between neoplastic and non-neoplastic tissue. Diffuse reflectance spectroscopy is a technique which can extract tissue physiological parameters including local hemoglobin concentration, melanin concentration, and oxygen saturation. This article describes the specifications required to construct the fiber-optic probe, how to build the instrumentation, and then demonstrates the technique on in vivo human skin. This work revealed that tissue micro-architecture, specifically apical skin keratinocytes, can be co-registered with its associated physiological parameters. The instrumentation and fiber-bundle probe presented here can be optimized as either a handheld or endoscopically-compatible device for use in a variety of organ systems. Additional clinical research is needed to test the viability of this technique for different epithelial disease states.

Multimodal Imaging and Spectroscopy Fiber-bundle Microendoscopy Platform for Non-invasive, In Vivo Tissue Analysis

The assembly and use of a multimodal microendoscope is described which can co-register superficial tissue image data with tissue physiological parameters including hemoglobin concentration, melanin concentration, and oxygen saturation. This technique can be useful for evaluating tissue structure and perfusion, and can be optimized for individual needs of the investigator.

멀티 모달 이미징 및 비 침습적에 대한 분광학 섬유 다발 Microendoscopy 플랫폼,<em&gt; 생체</em&gt; 조직 분석

Recent fiber-bundle microendoscopy techniques enable non-invasive analysis of in vivo tissue using either imaging techniques or a combination of ...

생체공학

산호 성장을 촉진하고 모니터링하기 위한 결합된 마이크로 장치 시스템

An Integrated Micro-Device System for Coral Growth and Monitoring

Corals are fundamental organisms in marine and coastal ecosystems. With the advancement of coral protection research in recent years, precise control of the coral culture environment is highly in demand for coral conservation and study. Here, we developed a semi-closed coral culture micro-device system as a multi-functional platform, which can provide accurate and programmable temperature control, a sterile initial environment, long-term stable water quality, an adjustable dissolved oxygen concentration, and a customized light spectrum for corals. Owing to the modular design, the coral culture system can be upgraded or modified by installing desirable new modules or removing existing ones. Currently, under appropriate conditions and with proper system maintenance, the sample corals can survive for at least 30 days in a healthy state. Furthermore, due to the controllable and sterile initial environment, this coral culture system can support research into the symbiotic relationship between corals and associated microorganisms. Therefore, this micro-device system can be applied to monitor and investigate sea corals in a relatively quantitative manner.

저자 스포트라이트: 산호 문화의 발전 - 현재의 한계에 대응하기 위한 반정량적으로 제어되는 미세환경 시스템 만들기 

This protocol describes the development of a modular controllable micro-device system that can be applied for the long-term culturing and monitoring of sea corals.

산호 성장 및 모니터링을 위한 통합 마이크로 장치 시스템

Corals are fundamental organisms in marine and coastal ecosystems. With the advancement of coral protection research in recent years, precise control of ...

Full-Field Optical Coherence Microscopy for Histology-Like Analysis of Stromal Features in Corneal Grafts

The quality of donor corneal stroma, which makes up about 90% of total corneal thickness, is likely to be one of the main, if not the major, limiting factor(s) for success of deep anterior lamellar and penetrating keratoplasty. These are surgical procedures that involve replacing part or all of the diseased corneal layers, respectively, by donated tissue, the graft, taken from a recently deceased individual. However, means to evaluate stromal quality of corneal grafts in eye banks are limited and lack the capability of high-resolution quantitative assessment of disease indicators. Full-field optical coherence microscopy (FF-OCM), permitting high-resolution 3D imaging of fresh or fixed ex vivo biological tissue samples, is a non-invasive technique well suited for donor cornea assessment. Here we describe a method for the qualitative and quantitative analysis of corneal stroma using FF-OCM. The protocol has been successfully applied to normal donor corneas and pathological corneal buttons, and can be used to identify healthy and pathologic features on both the macroscopic and microscopic level, thereby facilitating the detection of stromal disorders that could compromise the outcome of keratoplasty. By improving the graft quality control, this protocol has the potential to result in better selection (and rejection) of donor tissues and hence decreased graft failure.

We describe use of full-field optical coherence microscopy as a method for high quality assessment of corneal donor stroma. This protocol can be used to identify features indicative of health or disease, and is aimed at improving the screening and selection of donor tissues, and hence the results of keratoplasty.

각막 이식편의 기질 특징에 대한 조직학과 유사한 분석을 위한 전체 필드 광학 간섭 현미경

The quality of donor corneal stroma, which makes up about 90% of total corneal thickness, is likely to be one of the main, if not the major, limiting ...

면역학 및 감염병학

Characterization of Calcification Events Using Live Optical and Electron Microscopy Techniques in a Marine Tubeworm

Characterizing the first event of biological production of calcium carbonate requires a combination of microscopy approaches. First, intracellular pH distribution and calcium ions can be observed using live microscopy over time. This allows identification of the life stage and the tissue with the feature of interest for further electron microscopy studies. Life stage and tissues of interest are typically higher in pH and Ca signals. 
Here, using H. elegans, we present a protocol to characterize the presence of calcium carbonate structures in a biological specimen on the scanning electron microscope (SEM), using energy-dispersive X-ray spectroscopy (EDS) to visualize elemental composition, using electron backscatter diffraction (EBSD) to determine the presence of crystalline structures, and using transmission electron microscopy (TEM) to analyze the composition and structure of the material. In this protocol, a focused ion beam (FIB) is used to isolate samples with dimension suitable for TEM analysis. As FIB is a site specific technique, we demonstrate how information from the previous techniques can be used to identify the region of interest, where Ca signals are highest.

We demonstrate the use of various microscopy methods that are useful in observing the calcification of a tubeworm, Hydroides elegans, as well as locating and characterizing the first calcified material. Live microscopy and electron microscopy are used together to provide functional and material information that are important in studying biomineralization.

해양 tubeworm 인 라이브 광학 및 전자 현미경 기술을 사용하여 석회화 이벤트의 특성

Characterizing the first event of biological production of calcium carbonate requires a combination of microscopy approaches. First, intracellular pH ...

생물학

Fluorescence-Activated Cell Sorting for the Isolation of Scleractinian Cell Populations

Coral reefs are under threat due to anthropogenic stressors. The biological response of coral to these stressors may occur at a cellular level, but the mechanisms are not well understood. To investigate coral response to stressors, we need tools for analyzing cellular responses. In particular, we need tools that facilitate the application of functional assays to better understand how cell populations are reacting to stress. In the current study, we use fluorescence-activated cell sorting (FACS) to isolate and separate different cell populations in stony corals. This protocol includes: (1) the separation of coral tissues from the skeleton, (2) creation of a single cell suspension, (3) labeling the coral cells using various markers for flow cytometry, and (4) gating and cell sorting strategies. This method will enable researchers to work on corals at the cellular level for analysis, functional assays, and gene expression studies of different cell populations.

Corals create biodiverse ecosystems important for both humans and marine organisms. However, we still do not understand the full potential and function of many coral cells. Here, we present a protocol developed for the isolation, labeling, and separation of stony coral cell populations.

Scleractinian 세포 인구의 격리를 위한 형광 활성화 세포 분류

Coral reefs are under threat due to anthropogenic stressors. The biological response of coral to these stressors may occur at a cellular level, but the ...

복합 광학 현미경 방법 카리브 암초 건물 산호의 폴립 조직 형태와 구조를 밝히기

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산호 성장 및 모니터링을 위한 통합 마이크로 장치 시스템

산호 성장 및 모니터링을 위한 통합 마이크로 장치 시스템

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해양 tubeworm 인 라이브 광학 및 전자 현미경 기술을 사용하여 석회화 이벤트의 특성

Scleractinian 세포 인구의 격리를 위한 형광 활성화 세포 분류