Digital dissection of the model organism Xenopus laevis using contrast-enhanced computed tomography

The African clawed frog, Xenopus laevis, is one of the most widely used model organisms in biological research. However, the most recent anatomical description of X. laevis was produced nearly a century ago. Compared with other anurans, pipid frogs – including X. laevis – exhibit numerous unusual morphological features; thus, anatomical descriptions of more ‘typical’ frogs do not detail many aspects of X. laevis skeletal and soft‐tissue morphology. The relatively new method of using iodine‐based agents to stain soft tissues prior to high‐resolution X‐ray imaging has several advantages over gross dissection, such as enabling dissection of very small and fragile specimens, and preserving the three‐dimensional topology of anatomical structures. Here, we use contrast‐enhanced computed tomography to produce a high‐resolution three‐dimensional digital dissection of a post‐metamorphic X. laevis to successfully visualize: skeletal and muscular anatomy; the nervous, respiratory, digestive, excretory and reproductive systems; and the major sense organs. Our digital dissection updates and supplements previous anatomical descriptions of this key model organism, and we present the three‐dimensional data as interactive portable document format (PDF) files that are easily accessible and freely available for research and educational purposes. The data presented here hold enormous potential for applications beyond descriptive purposes, particularly for biological researchers using this taxon as a model organism, comparative anatomy and biomechanical modelling

Parallel tagged amplicon sequencing of transcriptome-based genetic markers for Triturus newts with the Ion Torrent next-generation sequencing platform

Next-generation sequencing is a fast and cost-effective way to obtain sequence data for nonmodel organisms for many markers and for many individuals. We describe a protocol through which we obtain orthologous markers for the crested newts (Amphibia: Salamandridae: Triturus), suitable for analysis of interspecific hybridization. We use transcriptome data of a single Triturus species and design 96 primer pairs that amplify c. 180 bp fragments positioned in 3-prime untranslated regions. Next, these markers are tested with uniplex PCR for a set of species spanning the taxonomical width of the genus Triturus. The 52 markers that consistently show a single band of expected length at gel electrophoreses for all tested crested newt species are then amplified in five multiplex PCRs (with a plexity of ten or eleven) for 132 individual newts: a set of 84 representing the seven (candidate) species and a set of 48 from a presumed hybrid population. After pooling multiplexes per individual, unique tags are ligated to link amplicons to individuals. Subsequently, individuals are pooled equimolar and sequenced on the Ion Torrent next-generation sequencing platform. A bioinformatics pipeline identifies the alleles and recodes these to a genotypic format. Next, we test the utility of our markers. baps allocates the 84 crested newt individuals representing (candidate) species to their expected (candidate) species, confirming the markers are suitable for species delineation. newhybrids, a hybrid index and hiest confirm the 48 individuals from the presumed hybrid population to be genetically admixed, illustrating the potential of the markers to identify interspecific hybridization. We expect the set of markers we designed to provide a high resolving power for analysis of hybridization in Triturus

Sequence of chondrocranial development in basal anurans: Let’s make a cranium

Background: The craniofacial skeleton is an evolutionary innovation of vertebrates. Due to its complexity and importance to protect the brain and aid in essential functions (e.g., feeding), its development requires a precisely tuned sequence of chondrification and/or ossification events. The comparison of sequential patterns of cartilage formation bears important insights into the evolution of development. Discoglossus scovazzi is a basal anuran species. The comparison of its chondrocranium (cartilaginous neuro- & viscerocranium) development with other basal anurans ( Xenopus laevis , Bombina orientalis ) will help establishing the ancestral pattern of chondrification sequences in anurans and will serve as basis for further studies to reconstruct ancestral conditions in amphibians, tetrapods, and vertebrates. Furthermore, evolutionary patterns in anurans can be studied in the light of adaptations once the ancestral sequence is established. Results: We present a comprehensive overview on the chondrocranium development of D. scovazzi. With clearing and staining, histology and 3D reconstructions we tracked the chondrification of 44 elements from the first mesenchymal Anlagen to the premetamorphic cartilaginous head skeleton and illustrate the sequential changes of the skull. We identified several anuran and discoglossoid traits of cartilage development. In D. scovazzi the mandibular, hyoid, and first branchial arch Anlagen develop first followed by stepwise addition of the branchial arches II, III, and IV. Nonetheless, there is no strict anterior to posterior chondrification pattern within the viscerocranium of D. scovazzi . Single hyoid arch elements chondrify after elements of the branchial arch and mandibular arch elements chondrify after elements of the branchial arch I. Conclusions: In Osteichthyes, neurocranial elements develop in anterior to posterior direction. In the anurans investigated so far, as well as in D. scovazzi , the posterior parts of the neurocranium extend anteriorly, while the anterior parts of the neurocranium, extend posteriorly until both parts meet and fuse. Anuran cartilaginous development differs in at least two crucial traits from other gnathostomes which further supports the urgent need for more developmental investigations among this clade to understand the evolution of cartilage development in vertebrates

Energiesparmechanismen und Stoßdämpferfunktionen am Bewegungsapparat des Pferdes

Energy-saving mechanisms and shock-absorbing functions within the locomotor apparatus of the horse – a literature investigation Horses are equipped with extremely effective properties to reduce the bouncing shock when the hoof hits the ground. In particular these are the mechanism of the hoof, the combination of soft and hard horn parts of the hoof, the multiple and partially extreme angular motions of the distal extremities with a special view on the hyperextension of the pastern joint and the long elastic tendons that stretch in the case of an impingement and therefore reduce the shock transmission to the body. Further to mention is the connective tissue like - muscular connection between the shoulder blade and the thorax which absorbs shocks. Last but not least the joints contribute to the reducing of the shocks: the small hock joints as well as the carpal joint include many small single bones and therefore are able to absorb peak forces by stretching the ligaments between these single bones. The holding apparatus of the fetlock joint plays a major role through the spanning of ligaments around the fetlock joint that elastically suppresses its hyperextension. With the help of certain mechanisms for economizing energy, the horse is enabled to move or stand and thereby minimizing the expenditure of energy. They are the passive holding mechanisms that are responsible for the minimal expenditure of energy while standing. They consist of the framesaw construction of the hind legs and a construction of tendons at the forelimbs. The framesaw construction enables a fixation of the hindleg in a stretched position through the hooking-in of the patella. The in-series and parallel arrangements of muscles, tendons and ligaments cause a maximum of energy accumulation. In the case of the stretching of the tissues under loading, e. g. the flexor tendons and the m. interosseus, they accumulate potential energy which can be released almost free of losses when the tension decreases. By means of this “pogo-stick model” the muscle work can be reduced considerably. Energy accumulation also takes place in the back and in the nuchal ligament during motion. The nuchal ligament can hold the head in position while eating from the ground with minimal effort of the muscles. The analysis of the types of gait proved that horses always move in that type of gait that is most economic for the given speed. Besides, horses use their legs while walking as a pendulum at which they only need low efforts for the stimulation of the pendulum movement. Since the horse mostly is used for riding, it is essential to pay attention to the biomechanics of the back in order to protect it from injuries. One has to consider that the additional weight of the rider has to be carried by the convexe curvature of the back. To achieve this posture, the horse has to move the legs further under the center of gravity and to lower the neck. It is the duty of the rider to care for this result. This literature investigation not only deals with interesting findings concerning the biomechanics of the horse but also includes an instruction in basic training of a riding horse for coaches and horsemen.Als ursprüngliches Steppentier musste das Pferd oft weite Strecken zwischen Futterplätzen und Wasserstelle zurücklegen. Dabei stand nur begrenzt metabolische Energie zur Verfügung. Dies bedingte die Ausbildung von energiesparenden Strukturen am Bewegungsapparat des Pferdes. Damit eng verbunden ist eine effektive Dämpfung des Aufprallstoßes während der Fortbewegung als Schutz der Gliedmaßen vor Schäden. Hierzu zählen einerseits der Hufmechanismus, die Zusammensetzung des Hufes aus Weich- und Harthorn, die mehrfache, teils starke Winkelung der distalen Extremitäten, wobei hier vor allem die Hyperextension des Fesselgelenks zu nennen ist, und die langen elastischen Sehnen, die sich beim Aufprall dehnen und so die Weiterleitung des Stoßes auf den Rumpf dämpfen. Des weiteren ist die bindegewebig-muskuläre Verbindung (Synsarkose) der Schultergliedmaße mit dem Thorax zu nennen. Nicht zuletzt tragen auch einige Gelenke ihren Teil dazu bei: Sowohl die kleinen Sprunggelenke als auch das Karpalgelenk bestehen aus vielen kleinen Einzelknochen und sind dadurch in der Lage, Stöße durch Auseinanderfedern der durch Bänder verbundenen Knochen abzufangen. Eine große Rolle spielt auch der Fesseltrageapparat, der mit seiner Verspannung von Bändern um das Fesselgelenk herum dessen Hyperextension federnd bremst. Andererseits ist es dem Pferd mit Hilfe bestimmter Energiesparmechanismen möglich, sich mit relativ geringem metabolischen Energieaufwand zu bewegen und zu stehen. Dazu gehören die passiven Haltemechanismen, die für das Stehen nur minimalen Energieaufwand erfordern. An der Schultergliedmaße zählen dazu der M. biceps brachii mit dem Lacertus fibrosus, der M. extensor carpi radialis, die beiden Zehenbeuger und der M. interosseus medius. Diese stabilisieren weitgehend passiv die Schultergliedmaße. Lediglich das Ellbogengelenk wird durch das Caput mediale des M. triceps brachii im normalen Standwinkel gehalten. Die Spannsägenkonstruktion der Hintergliedmaßen bewirkt eine gegenseitige Abhängigkeit der Bewegungen in Knie- und Sprunggelenk. Über das Einhaken der Kniescheibe am medialen Rollkamm des Oberschenkelbeins ist eine passive Fixation der Gliedmaße in gestreckter Position möglich. In der Bewegung bewirkt die Aneinanderreihung und Parallelschaltung von stark gefiederten, kurzfaserigen Muskeln, langen Sehnen und Bändern ein Höchstmaß an Energiespeicherung. Vor allem die Beugesehnen und der M. interosseus medius speichern auf diese Weise Energie, die sie fast verlustfrei wieder abgeben, wenn die Spannung nachlässt. Sie fungieren damit als elastische Federn und können als „Springstock-Modell“ die aktive Muskelarbeit erheblich reduzieren. Ganganalysen haben gezeigt, dass sich Pferde immer in der für die Geschwindigkeit ökonomischsten Gangart bewegen. Im Schritt benutzen die Pferde ihre Beine als Pendel, wobei sie lediglich mit geringem Aufwand für die Anregung der Pendelbewegung sorgen müssen. In den schnelleren Gangarten können die Gliedmaßen als Federn aufgefasst werden, die ihre Federhärte und damit Resonanzfrequenz an die Geschwindigkeit anpassen können. Auch im Rücken und im Nackenband wird bei Bewegung Energie gespeichert. Das Nackenband kann beim Fressen vom Boden den Kopf fast ohne Muskelanstrengung in Position halten. Da das Pferd größtenteils zum Reiten verwendet wird, ist eine Beachtung der Biomechanik des Rückens essentiell, um es vor Schäden zu bewahren. Diese verlangt, dass das zusätzliche Gewicht des Reiters von einem aufgewölbten Rücken getragen werden muss. Um diese Haltung zu erreichen, muss das Pferd vermehrt untertreten und den Hals absenken. Es ist die Aufgabe des Reiters, dieses Ergebnis zu erzielen

Molekulargenetische und bestäubungsbiologische Untersuchungen der natürlich bestandsbildenden floralen homöotischen Spe-Variante des Hirntentäschels (Capsella bursa-pastoris)

Homöotische Veränderungen haben innerhalb der Evolution der Blüte eine beachtliche Rolle gespielt. Inwiefern diese spontan entstandenen floralen Varietäten allerdings überleben und in der Natur etablieren konnten ist unklar und aufgrund ihres seltenen Auftretens in der Natur schwer zu untersuchen. Um das evolutionäre Potential solcher Varietäten besser zu verstehen, wurde in dieser Arbeit eine Sippe von Capsella bursa-pastoris (Hirtentäschel; Familie Brassicaceae) aus Gau-Odernheim (Rheinhessen) sowie aus Warburg, bei denen aufgrund einer Mutation im co-dominanten Stamenoid Petals (Spe) Locus die Petalen aller Blüten vollständig in Stamina umgewandelt sind, molekulargenetisch als auch bestäubungsbiologisch untersucht. Im Übersichtsartikel wurden bekannte Fakten über Homöosis und deren Rolle in der Blütenentwicklung zusammengestellt, um das Potential von C. bursa-pastoris als Modellpflanze darzustellen und die Spe-Variante einzuführen. Als Arbeitshypothese bezüglich der molekularen Ursache des Phänomens diente das bekannte ABC-Modell der Blüte, wonach Stamina durch florale homöotische Gene der Klassen B und C spezifiziert werden. Da Klasse B-Gene normalerweise ohnehin im 2. Blütenkreis exprimiert werden, wurde eine ektopische Expression von floralen homöotischen Klasse C-Genen im 2. Blütenwirtel postuliert und später nachgewiesen. Außerdem wurden Möglichkeiten aufgeführt, dieses Phänomen experimentell zu untersuchen, sowohl aus molekulargenetischer als auch ökologischer Sicht. Über die Suche nach SNPs in den Kandidatengenen (Klasse C-Gene) zwischen Wildtyp und Spe-Variante, sowie anschließender Genotypisierung einer segregierenden (1:3) F2-Population mittels Pyrosequenzierung konnte der für die Transformation mutmaßlich verantwortliche Locus chromosomal lokalisiert werden. Es handelt sich dabei um eine enge Kopplung von CbpAGa an den Spe-Phänotyp mit einer Sequenzveränderung im regulatorisch wirksamen 2. Intron. Unsere Ergebnisse stützen die Hypothese, dass cis-regulatorische Veränderungen in einem der floralen homöotischen Klasse C-Gene von C. bursa-pastoris dem Spe-Phänomen zugrunde liegen. Untersuchungen an einer weiteren Spe-Population (Warburg) zeigten ein ähnliches Expressionsmuster von CbpAG sowie exakt den gleichen Sequenzpolymorphismus im 2. Intron von CbpAGa. Im 2. Themenkomplex dieser Arbeit wurden die Auswirkungen solch drastischer morphologischer Veränderungen, wie die Umwandlung von Petalen in Stamina auf die Fitness von Spe-Variante gegenüber Wildtyp untersucht. In Freilanduntersuchungen konnten Daten zu potentiellen Bestäubern, deren Besuchshäufigkeit und die Samenproduktion erhoben werden. Zusätzlich wurden Keimversuche und Duftstoffanalysen durchgeführt. Die Ergebnisse zeigen, dass die ähnliche Fitness von Spe- und Wildtyp-Pflanzen auf ein komplexes Zusammenspiel von Pflanzenarchitektur und Keimstrategie zurückzuführen ist und dass Blütenstruktur und Blütenbesuche nur eine untergeordnete Rolle spielen, höchstwahrscheinlich aufgrund der vorherrschenden Selbstbestäubung bei C. bursa-pastoris

Vergleich von drei verschiedenen Methoden zur Bestimmung des S100-Proteins im Serum von Patienten mit malignem Melanom

Das S100-Protein ist der etablierteste Tumormarker im Management des malignen Melanoms, insbesondere bei Verlaufskontrollen im Rahmen der Nachsorge oder der Beurteilung des Ansprechens von therapeutischen Maßnahmen. In der vorliegenden Studie wurden drei Verfahren zur Bestimmung des Tumormarkers miteinander verglichen: der Sangtec®100 ELISA von DiaSorin, der CanAg S100 EIA von DakoCytomation und der Elecsys®1010 ECLIA von Roche. Insgesamt wurden 310 Proben von Patienten mit malignem Melanom aller Stadien untersucht. Die Auswertung der Daten zeigte, dass die ermittelten S100-Konzentrationen aller drei Verfahren gut miteinander korrelierten. Signifikante höhere S100-Werte konnten beim Vergleich von Patienten mit Metastasen gegenüber Patienten ohne aktuell nachweisbare Metastasierung beobachtet werden. Weiterhin wurde gezeigt, dass Patienten im Stadium I signifikant niedrigere Serumkonzentrationen des Markers aufwiesen, als Patienten im Stadium IV. In Abhängigkeit vom Cut-off wurden mit dem Sangtec®100 ELISA signifikant häufiger richtig positive sowie falsch positive Testergebnisse erzielt. Die Sensitivität des Verfahrens war mit 52% (alle Stadien) bzw. 68% (Stadium IV) am größten, die Spezifität am geringsten (82% bzw. 80%). Bei der Analyse der Verfahren unabhängig des Cut-offs mithilfe von ROC-Kurven war kein Verfahren den anderen deutlich überlegen, mit weitgehender Überlappung der Konfidenzintervalle. Zusammenfassend lässt sich feststellen, dass alle drei Verfahren in der klinischen Praxis als gleichwertig zu betrachten sind. Der Cut-off sollte entsprechend der eigenen Labor-bedingungen und Patientenklientels sowie in Anbetracht von Erfahrungswerten mit dem jeweiligen Assay in der klinischen Routine festgelegt werden. Aufgrund von nicht vergleichbaren absoluten Konzentrationen sind bei einem Wechsel der Methodik Parallel-messungen zu empfehlen. Ringversuche zur Bestimmung des S100-Proteins könnten die Aussagekraft und Vergleichbarkeit verbessern

Dwayne Bach/Patrick Petschinka/Fabian Ziermann

Abstract: Der EuGH hat das Match zwischen der European Superleague Company und den Fußballverbänden zwar abgepfiffen. Seine Erwägungen werden jedoch auch zukünftig fortwährend relevant sein. Der vorliegende Beitrag analysiert die Auswirkungen der Entscheidung und fokussiert sich im Wesentlichen auf zwei Bereiche: Zum einen wird der Anwendungsbereich des Meca-Medina-Tests näher beleuchtet. Zum anderen wird dargestellt, inwiefern die Aussagen zu Art 106 und Art 102 AEUV eine neue Ära der Missbrauchskontrolle einläuten könnten.  Abstract: The ECJ blew the whistle on the match between the European Superleague Company and the football associations. However, its findings will remain continually relevant in the future. This article analyzes the implications of the decision and focuses on two main areas. First, it takes a closer look at the scope of application of the Meca-Medina test. Second, it shows to what extent the remarks on Art 106 and Art 102 TFEU could herald a new era of abuse control

Developmental sequence of the chondrocranium in the obligate carnivorous larvae of Lepidobatrachus laevis (Amphibia: Ceratophryidae)

The vertebrate head and its skull represent a significant innovation that has played a key role in the evolutionary and ecological success of vertebrates. For a global and integral understanding of the evolution of the head skeleton, it is essential to have reliable information on the development of chondrocranium in a wide range of vertebrate species. Therefore, we studied the cranial chondrogenesis of the larva of the Budgett frog, Lepidobatrachus laevis (Ceratophryidae, Neobatrachia). We studied the development using several methods, including histological preparation of transverse sections of the chondrocranium, morphological analysis of three different states of development (mesenchymal aggregation, differentiation, and chondrification), and three‐dimensional digital reconstructions. As a result, we observed that the Anlage of the chondrocranium at Gosner stage 19 is laterally compressed, that is, it is initially higher than wide. It gradually flattens, enlarges, and differentiates until reaching a very wide and flat shape at Gosner stage 26. Furthermore, we show that the chondrocranial development of L. laevis takes place in a mosaic pattern, which differs to nontetrapod vertebrates in which an anterior to posterior gradient of chondrification is observed. We identified 19 developmental stages in L. laevis according to the chondrification state of its cranial structures. The first element reaching the differentiation‐into‐chondroblast stage is the hypobranchial plate of the branchial basket, and chondrification, that is, final differentiation, occurs simultaneously in several structures of the neurocranium and viscerocranium. We hypothesize that the rapid chondrification of L. laevis ' chondrocranium is an adaptation to the semi‐arid climate conditions from its type locality, El Gran Chaco in South America. Due to the only temporary availability of suitable water accumulations this apparent accelerated development would make sense to ensure the tadpoles are froglets by the time the water body disappears. Here, we provide novel information on chondrocranial development in L. laevis . We compare our results to the developmental sequences, previously known from other vertebrate taxa, particularly within the amphibian phylogeny, in an attempt to understand developmental variability and the evolutionary history of the vertebrate head skeleton

Eficiência das instituições de microcrédito no Brasil entre 2006 e 2020 : uma aplicação da DEA

Dissertação (mestrado em Teoria Econômica) - Universidade Estadual de Maringá, 2022RESUMO: O objetivo desse trabalho é analisar a eficiência financeira de 86 Instituição de Microfinanças (IMFs), classificadas como Sociedade de Crédito ao Microempreendedor e à Empresas de Pequeno Porte (SCMEPP) no Brasil entre os anos de 2006 e 2020. A relevância do trabalho está relacionada a apresentação da evolução da eficiência financeiras das instituições de microcrédito no Brasil, e a contribuição na literatura ao adotar um modelo que considera os produtos indesejáveis. Nesse sentido, foi utilizado a Análise Envoltória de Dados (DEA), baseado no modelo de Medidas Baseadas em Folgas (Slack-Based Measure - SBM), tendo como insumo o ativo total, a despesas administrativas e a despesa com pessoal. Como produto desejável considerou-se a receita de intermediação financeira e o resultado operacional, enquanto como produto indesejável foi utilizado o resultado de provisão para crédito de difícil liquidação. Como resultados, observou-se que o número de SCMEPP eficientes cresceu no período de análise, assim como os scores de eficiências das instituições. Entretanto, verificouse que o número de empresas atuantes se reduziu.ABSTRACT: This essay shows analyze the financial efficiency of 86 Microfinance Institution (MFIs), classified as Credit Society to Microentrepreneurs and Small Businesses (SCMEPP) in Brazil between 2006 and 2020. The relevance is related to presentation of the evolution financial efficiency of microcredit institutions in Brazil, and the contribution in the literature to adopt a model that considers undesirable outputs. In this way the Data Envelopment Analysis (DEA) was used, based on the Model Slack-Based Measure (SBM), having as an input the total asset, administrative expenses and personnel expenditure. As a desirable outputs, the revenue from financial intermediation and operating results was considered, while as an undesirable output the result of provision for credit of difficult settlement was used. As results, the number of efficient SCMEPP increased in the analysis period, as well as the efficiency scores of the institutions. However, it was found that the number of companies in the business was reduced.122 f. : il. (algumas color.) + apêndice

Constructing networks for comparison of collagen types

Collagens are structural proteins that are predominantly found in the extracellular matrix of multicellular animals, where they are mainly responsible for the stability and structural integrity of various tissues. All collagens contain polypeptide strands (α-chains). There are several types of collagens, some of which differ significantly in form, function, and tissue specificity. Because of their importance in clinical research, they are grouped into subdivisions, the so-called collagen families, and their sequences are often analysed. However, problems arise with highly homologous sequence segments. To increase the accuracy of collagen classification and prediction of their functions, the structure of these collagens and their expression in different tissues could result in a better focus on sequence segments of interest. Here, we analyse collagen families with different levels of conservation. As a result, clusters with high interconnectivity can be found, such as the fibrillar collagens, the COL4 network-forming collagens, and the COL9 FACITs. Furthermore, a large cluster between network-forming, FACIT, and COL28a1 α-chains is formed with COL6a3 as a major hub node. The formation of clusters also signifies, why it is important to always analyse the α-chains and why structural changes can have a wide range of effects on the body