Science：神奇！揭示玻璃蛙将红细胞隐藏在肝脏中而让自己变得透明

玻璃蛙（glassfrog）在休息时通过从血液循环中提取红细胞并将它们隐藏在肝脏中，使自己变得透明。在一项新的研究中，来自美国杜克大学、斯坦福大学和南加州大学的研究人员揭示了玻璃蛙是如何使自己透明的。相关研究结果发表在2022年12月23日的Science期刊上，论文标题为“Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency”。

在自然环境中很容易错过玻璃蛙。弗氏玻璃蛙（Hyalinobatrachium fleischmanni）尺寸不超过几厘米，而且它们在晚上最活跃，因为它们的绿色皮肤有助于它们与周围的树叶和枝叶融为一体。但是这类两栖动物在白天睡觉的时候成为真正的伪装大师。

论文共同通讯作者、杜克大学的博士后研究员Carlos Taboada说，“当玻璃蛙休息时，它们的肌肉和皮肤变得透明，它们的骨骼、眼睛和内脏都是可见的。玻璃蛙睡在大叶子的底部，当它们变得透明时，它们可以完美地匹配植被的颜色。”

海洋中的许多动物可以改变其皮肤的颜色或变得完全透明，但这在陆地上是一种极不常见的技能。透明如此难以实现的原因之一是循环系统中的红细胞。红细胞善于吸收绿光，这是通常由植物和其他植被反射的光的颜色。作为回报，这些富含氧气的细胞会反射红光，使血液---进而使循环系统---高度可见，特别是在明亮的绿叶的映衬下。

玻璃蛙是能够实现透明的陆生脊椎动物之一，这使它们成为研究的目标。Taboada第一次开始研究玻璃蛙是在杜克大学专门研究透明的生物学教授Sönke Johnsen的实验室做博士后。通过与在世界各地收集不同的玻璃蛙进行研究的Jesse Delia合作，他们观察到，每当玻璃蛙变得透明时，红细胞似乎就会从循环血液中消失。

他们对玻璃蛙进行了额外的成像测试，通过光学模型证实，它们之所以能够实现透明，是因为它们将红细胞挤出了血管。他们猜测这些红细被储存在玻璃蛙的一种被一个反射膜包裹着的内部器官中。

对于一种透明的动物来说，它的生物学特性的破解极其充满挑战。这项新的研究不仅借鉴了杜克大学的生物学家和生物医学工程师的专业知识，还借鉴了美国自然历史博物馆、斯坦福大学和南加州大学的专业知识。

Delia解释说，“如果玻璃蛙是醒着的，遭受应激或处于麻醉状态，它们的循环系统充满了红细胞，它们是不透明的。研究透明的唯一方法是这些动物愉快地睡着了，但这在研究实验室中很难实现。我们真地是在绞尽脑汁寻找解决方案。”

红细胞是导致玻璃蛙透明度的经验性降低的原因。图片来自Science, 2022, doi:10.1126/science.abl6620。

但是Taboada在研究胆绿素（biliverdin）---一种让使某些种类的青蛙拥有标志性绿色的化合物---时了解到一种叫做光声显微镜（photoacoustic microscopy, PAM）的成像技术。PAM涉及到将一束安全的激光射入组织，然后被分子吸收并转换为超声波。接着这些声波被用来制作这些分子的详细生物医学图片。这种成像工具是无创的、安静的、灵敏的。

论文共同通讯作者、杜克大学生物医学工程系专门研究PAM技术的助理教授Junjie Yao解释说，“PAM是对红细胞进行非侵入性成像的理想工具，因为你不需要注射造影剂，毕竟这种注射对玻璃蛙来说是非常困难的。红细胞本身提供了对比度，因为不同类型的细胞吸收和反射不同波长的光。我们可以优化我们的成像系统，专门寻找红细胞，并跟踪有多少氧气在玻璃蛙的身体中循环。”

在他们的成像装置中，玻璃蛙倒睡在培养皿中，类似于它们睡在一片树叶上的方式，这些作者组用绿色激光照射这些动物。玻璃蛙体内的红细胞吸收了绿光并发出超声波，然后被一种声学传感器接收，以较高的空间分辨率和灵敏度追踪它们的行踪。

他们的研究结果非常清晰地表明当玻璃蛙睡着时，它们移走了近90%的循环红细胞，并将它们储存在肝脏中。在进一步的测试中，他们还观察到，当玻璃蛙活动时，红细胞从肝脏中流出并进行循环，然后在玻璃蛙恢复时红细胞在肝脏中重新聚集。

Johnsen说，“主要的研究结果是，每当玻璃蛙想要变得透明的时候，也就是通常在它们休息和容易被捕食的时候，它们会把几乎所有的红细胞从血液中过滤出来，并把它们藏在肝脏中---在这个过程中，以某种方式避免产生巨大的血凝块。每当玻璃蛙需要再次变得活跃时，它们就把这些红细胞带回血流中，这使它们有了四处活动的代谢能力。”

根据Delia和Taboada的说法，这个过程提出了这样的问题：玻璃蛙如何能够安全地将几乎所有的红细胞储存在它们的肝脏中而不发生凝结或损害它们的周边组织。他们说，下一步可能是研究这种机制，以及有朝一日它如何应用于人类的血管问题。

这项新的研究还介绍了玻璃蛙作为一种有用的研究模型，特别是当与最先进的光声成像技术搭配使用时。作为长期的玻璃蛙研究人员，他们对如今提供给他们和感兴趣的合作者的新研究途径感到兴奋。

Delia说，“我们可以了解更多关于玻璃蛙的生理和行为，或者我们可以使用这些模型来优化生物医学工程的成像工具。这开始是因为Taboada和我认为玻璃蛙在用它的血液做一些奇怪的事情，这导致了在杜克大学和全球各地的富有成效的合作。”

参考资料：

1. Carlos Taboada et al. Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency. Science, 2022, doi:10.1126/science.abl6620.

2. Glassfrogs hide red blood cells in their liver to become transparent
https://phys.org/news/2022-12-glassfrogs-red-blood-cells-liver.html

       

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来源: qq

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