Стеклянные лягушки прячут эритроциты в печени, чтобы стать прозрачными

Oct 26, 2023

27 декабря 2022 г. | Микаэла Кейн

Исследователи наконец-то разгадали, как вид лягушек становится мастером камуфляжа с помощью современных методов биомедицинской визуализации.

Стеклянные лягушки делают себя прозрачными во время отдыха, забирая эритроциты из кровообращения и пряча их в печени. Многоуниверситетская группа биологов и биомедицинских инженеров показала, как эти лягушки становятся прозрачными, в исследовании, опубликованном 23 декабря в журнале Science.

Стеклянную лягушку легко не заметить в ее естественной среде обитания. Северная стеклянная лягушка Hyalinobatrachium fleischmanni имеет размеры не более нескольких сантиметров, и они наиболее активны ночью, когда их зеленая кожа помогает им сливаться с окружающими листьями и листвой.

Но эти земноводные становятся настоящими мастерами маскировки днем, когда они спят.

«Когда стеклянные лягушки отдыхают, их мышцы и кожа становятся прозрачными, а их кости, глаза и внутренние органы — это все, что видно», — сказал Карлос Табоада, научный сотрудник Университета Дьюка и один из первых авторов статьи. «Эти лягушки спят на нижней части больших листьев, а когда они прозрачны, они могут идеально сочетаться с цветами растительности».

Многие животные в море могут менять цвет своей кожи или становиться полностью прозрачными, но на суше этот набор навыков встречается гораздо реже. Одна из причин, по которой так трудно добиться прозрачности, заключается в наличии эритроцитов в системе кровообращения. Эритроциты способны поглощать зеленый свет, который обычно отражается растениями и другой растительностью. В свою очередь, эти богатые кислородом клетки отражают красный свет, делая кровь – и, как следствие, систему кровообращения – хорошо видимой, особенно на фоне ярко-зеленого листа.

Стеклянные лягушки — одни из немногих наземных позвоночных, способных достигать прозрачности, что сделало их объектом изучения. Табоада впервые начал изучать стеклянных лягушек, будучи научным сотрудником в лаборатории Сёнке Джонсена, профессора биологии Университета Дьюка, который специализируется на изучении прозрачности. Работая с Джесси Делией, который путешествовал по всему миру, собирая различных стеклянных лягушек для исследования, они заметили, что эритроциты, казалось, исчезали из циркулирующей крови всякий раз, когда лягушки становились прозрачными.

Они провели дополнительные визуализирующие тесты на животных, доказав с помощью оптических моделей, что животные смогли добиться прозрачности, потому что выталкивали эритроциты из своих сосудов. Он подозревал, что клетки хранятся в одном из внутренних органов лягушки, упакованных в отражающую мембрану.

Для прозрачного животного его биологию было невероятно сложно расшифровать. Исследование опиралось на опыт биологов и биомедицинских инженеров не только из Университета Дьюка, но и из Американского музея естественной истории, Стэнфордского университета и Университета Южной Калифорнии.

«Если эти лягушки бодрствуют, испытывают стресс или находятся под наркозом, их кровеносная система полна эритроцитов, и они непрозрачны», — объяснила Делия, сейчас работающая научным сотрудником в Американском музее естественной истории. «Единственный способ изучить прозрачность — это счастливо спят эти животные, чего трудно добиться в исследовательской лаборатории. Мы действительно бились головой о стену в поисках решения».

Но Табоада узнал о технологии визуализации, называемой фотоакустической микроскопией, или PAM, когда он изучал биливердин, соединение, которое придает некоторым видам лягушек характерный зеленый цвет. PAM включает в себя попадание безопасного лазерного луча в ткани, который затем поглощается молекулами и преобразуется в ультразвуковые волны. Эти звуковые волны затем используются для создания детальных биомедицинских изображений молекул. Инструмент визуализации неинвазивный, тихий, чувствительный и, по счастливой случайности, доступен в Duke.

«PAM — идеальный инструмент для неинвазивной визуализации эритроцитов, поскольку вам не нужно вводить контрастные вещества, что было бы очень сложно для этих лягушек», — объяснил Цзюньцзе Яо, доцент кафедры биомедицинской инженерии в Университете Дьюка, специализирующийся на в PAM-технологиях. «Эритроциты сами по себе обеспечивают контраст, потому что разные типы клеток поглощают и отражают свет разной длины. Мы могли бы оптимизировать наши системы визуализации, чтобы специально искать эритроциты и отслеживать, сколько кислорода циркулирует в организме лягушки».