创建大数据工具可以对昆虫卵的形态和功能提出新的想法

有时反驳旧的假设与证明新的假设同样重要。在自然界的一篇新论文中,Cassandra G. Extavour设法做到这两点,同时帮助创建一个工具,使类…

有时反驳旧的假设与证明新的假设同样重要。在自然界的一篇新论文中,Cassandra G. Extavour设法做到这两点,同时帮助创建一个工具,使类似的大数据研究能够向前发展。

创建大数据工具可以对昆虫卵的形态和功能提出新的想法

在“昆虫卵的大小和形状随着生态而不是发育速率的演变”中,有机和进化生物学以及分子和细胞生物学教授和她的团队分析了一个巨大的数据集,揭穿了关于昆虫卵的未经测试的假设,这些假设构成了地球上的大多数动物物种。“如果算上所有不同数量的动物物种,其中80%以上是昆虫,”Extavour说。“但是你想要测量它 – 物种的数量,生物的数量,地球上的生物质量 – 它的节肢动物。”

多年来,许多未经检验的关于昆虫卵及其他动物的思考已被允许持续存在。例如,一种流行的假设是存在某种通用的缩放定律,这意味着某些蛋形只能以某种尺寸存在。其他假设试图将蛋的形状和大小与特定的生物过程联系起来:例如,较大的蛋倾向于伸长以便更容易从母体中挤出,或者较大的蛋需要更长的时间才能发育。对于Extavour来说,这是她在多伦多本土学习以来一直关注动物发展的重点,这是一个关键的起点。

“我们询问,如果我们查看数据,这些流行的假设中是否会出现这些假设。而快速回答很多都没有,”她说。在所有昆虫中,他们发现没有普遍的结垢,没有某些形状的蛋限制到某些大小,没有证据表明较大的蛋需要更长的时间才能发育。尽管相关的昆虫更容易产生类似的卵,但正如Extavour所说,即使是遗传相似性的观点也是“脆弱的”。

同事们说,这些发现是开创性的。“我真的很惊讶地看到几乎没有相关性,”科隆大学动物学研究所的齐格弗里德罗斯教授说,他通过电子邮件评论了这项工作。“观察结果表明,几乎没有约束条件,即没有固有的[物理]规律,将发育模式和速度与蛋的特定大小和形状联系起来。”

除了反驳这些假设之外,Extavour还发现其他考虑因素 – 例如昆虫的栖息地或它产卵的地方 – 可能比以前认为的更重要。这些因素,作为生态学,可能比父母昆虫的谱系谱系更重要。

“蜻蜓和蚊子不是彼此最亲近的亲戚,”Extavour说。然而,在水中产卵的蜻蜓会产生比其他蜻蜓更小更圆的蛋 – 并且其形状和大小与蚊子的形状和大小相近。Extavour说,水下昆虫“根本就没有关系”。“然而他们都有这种相同的行为,他们彼此独立地进化。

“作为一名研究胚胎的发育生物学家,我觉得这真的令人兴奋,”她说。由于她的工作重点是DNA的表达和生殖细胞的发育,Extavour认为这项研究向她展示了前进的方向。“它给了我一些具体的数据,我可以用它来检验关于蛋的形状和大小如何影响蛋内发生的胚胎发育的假设。”

她实验室开发的用于检查大量数据的尖端工具无疑也有助于其他人。Extavour将比较动物学博物馆Ernst Mayr图书馆公共服务负责人Mary Sears和她的工作人员归功于最初的步骤。与研究生Samuel H. Church,Seth Donoughe和Bruno AS de Medeiros合作,该团队在过去300年中定位并数字化了3,000多篇论文,将数百年历史的笔记和图纸转换为数字可搜索数据。使用由Church,Donoughe和Medeiros(论文的共同作者)创建的软件搜索“蛋大小”或“蛋形”这样的术语,大约有1,700篇关于虫卵的论文被发现,并且从这些论文中,团队能够剔除了大约10,000次测量,其中一些测量是在18世纪手工完成的。

这些庞大的数据集合经过人工验证,使得Extavour可以查看更大的问题。“因为人们已经确定了昆虫如何在进化上彼此相关,我们可以提出一些问题,例如'所有的甲虫蛋都是相同的形状或大小?'或者“蝴蝶蛋往往是一种某某某种形状?”她说。“这就是我们解决问题的方式,而这就是我们如何汇集信息以解决问题。”

“这项研究是一项令人兴奋,彻底,发人深省的工作,”她的同事Miltos Tsiantis在德国科隆马克斯普朗克研究所的比较发展和遗传学部主任的电子邮件中说。“Extavour及其同事创建的数据库也将成为社区的宝贵资源。”

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