<p>玻璃蛙在休息時(shí)通過(guò)從血液循環(huán)中提取紅細(xì)胞并將它們隱藏在肝臟中，使自己變得透明。一個(gè)由生物學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)工程師組成的多所大學(xué)團(tuán)隊(duì)在12月23日的《科學(xué)》雜志上發(fā)表了一項(xiàng)研究，展示了這些青蛙是如何讓自己透明的。</p> <p>&nbsp;</p> <p>在自然環(huán)境中很容易錯(cuò)過(guò)玻璃蛙。北方玻璃蛙(Hyalinobatrachium fleischmanni)身長(zhǎng)不超過(guò)幾厘米，它們?cè)谝归g最活躍，這時(shí)它們的綠色皮膚有助于它們?nèi)谌胫車臉?shù)葉和樹(shù)葉中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>一群玻璃蛙倒立在一片葉子上睡覺(jué)，在透射光下展示它們的葉子偽裝。杰西&middot;迪莉婭<br /><img src="https://pratt.duke.edu/sites/pratt.duke.edu/files/3.%20sleeping%20glassfrogs_transmitted_0.jpg" alt="A group of glassfrogs sleeping together upside down on a leaf, showing their leaf camouflage in transmitted (downwelling) light. By Jesse Delia" width="808" height="1307" /> Glassfrogs睡覺(jué)</p> <p>&nbsp;</p> <p>但這些兩棲動(dòng)物在白天睡覺(jué)的時(shí)候成為了真正的偽裝大師。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;當(dāng)玻璃蛙休息時(shí)，它們的肌肉和皮膚變得透明，它們的骨骼、眼睛和內(nèi)臟都是可見(jiàn)的。&rdquo;杜克大學(xué)博士后卡洛斯&middot;塔博阿達(dá)(Carlos Taboada)說(shuō)，他是該論文的共同第一作者。&ldquo;這些青蛙睡在大葉子的底部，當(dāng)它們是透明的時(shí)候，它們可以完美地匹配植被的顏色。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>海洋中的許多動(dòng)物都能改變皮膚的顏色或變得完全透明，但在陸地上，這種技能就不那么常見(jiàn)了。透明如此難以實(shí)現(xiàn)的一個(gè)原因是循環(huán)系統(tǒng)中的紅細(xì)胞。紅細(xì)胞擅長(zhǎng)吸收綠光，綠光通常是由植物和其他植被反射的光的顏色。作為回報(bào)，這些富氧細(xì)胞反射紅光，使血液&mdash;&mdash;進(jìn)而使循環(huán)系統(tǒng)&mdash;&mdash;高度可見(jiàn)，尤其是在明亮的綠葉下。</p> <p>&nbsp;</p> <p>玻璃蛙是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)透明的陸基脊椎動(dòng)物之一，這使它們成為研究的目標(biāo)。Taboada第一次開(kāi)始研究玻璃青蛙是在杜克大學(xué)生物學(xué)教授S&ouml;nke Johnsen的實(shí)驗(yàn)室做博士后，他專門研究透明度。杰西&middot;迪利亞周游世界，為這項(xiàng)研究收集了不同的玻璃蛙，他們與他合作，觀察到每當(dāng)青蛙變得透明時(shí)，紅細(xì)胞似乎就會(huì)從循環(huán)血液中消失。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們對(duì)這些動(dòng)物進(jìn)行了額外的成像測(cè)試，通過(guò)光學(xué)模型證明，這些動(dòng)物之所以能夠?qū)崿F(xiàn)透明，是因?yàn)樗鼈儗⒓t細(xì)胞擠出了血管。他懷疑這些細(xì)胞被儲(chǔ)存在青蛙的一個(gè)內(nèi)部器官中，該器官被包裹在一層反射膜中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>對(duì)于一種透明的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，破譯它的生物學(xué)特性是非常具有挑戰(zhàn)性的。這項(xiàng)研究不僅利用了杜克大學(xué)的生物學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)工程師的專業(yè)知識(shí)，還利用了美國(guó)自然歷史博物館、斯坦福大學(xué)和南加州大學(xué)的專業(yè)知識(shí)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>迪莉婭現(xiàn)在是美國(guó)自然歷史博物館的博士后研究員，她解釋說(shuō):&ldquo;如果這些青蛙醒著、有壓力或處于麻醉狀態(tài)，它們的循環(huán)系統(tǒng)就會(huì)充滿紅細(xì)胞，而且它們是不透明的。&rdquo;&ldquo;研究透明度的唯一方法是這些動(dòng)物是否快樂(lè)地睡著，這在實(shí)驗(yàn)室里很難實(shí)現(xiàn)。我們真的是在絞盡腦汁尋找解決方案。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>玻璃蛙是唯一能夠?qū)崿F(xiàn)透明的陸基脊椎動(dòng)物之一，這使它們成為研究的目標(biāo)。Taboada第一次開(kāi)始研究玻璃青蛙是在杜克大學(xué)生物學(xué)教授S&ouml;nke Johnsen的實(shí)驗(yàn)室做博士后，他專門研究透明度。杰西&middot;迪利亞周游世界，為這項(xiàng)研究收集了不同的玻璃蛙，他們與他合作，觀察到每當(dāng)青蛙變得透明時(shí)，紅細(xì)胞似乎就會(huì)從循環(huán)血液中消失。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們對(duì)這些動(dòng)物進(jìn)行了額外的成像測(cè)試，通過(guò)光學(xué)模型證明，這些動(dòng)物之所以能夠?qū)崿F(xiàn)透明，是因?yàn)樗鼈儗⒓t細(xì)胞擠出了血管。他懷疑這些細(xì)胞被儲(chǔ)存在青蛙的一個(gè)內(nèi)部器官中，該器官被包裹在一層反射膜中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>對(duì)于一種透明的動(dòng)物來(lái)說(shuō)，破譯它的生物學(xué)特性是非常具有挑戰(zhàn)性的。這項(xiàng)研究不僅利用了杜克大學(xué)的生物學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)工程師的專業(yè)知識(shí)，還利用了美國(guó)自然歷史博物館、斯坦福大學(xué)和南加州大學(xué)的專業(yè)知識(shí)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>迪莉婭現(xiàn)在是美國(guó)自然歷史博物館的博士后研究員，她解釋說(shuō):&ldquo;如果這些青蛙醒著、有壓力或處于麻醉狀態(tài)，它們的循環(huán)系統(tǒng)就會(huì)充滿紅細(xì)胞，而且它們是不透明的。&rdquo;&ldquo;研究透明度的唯一方法是這些動(dòng)物是否快樂(lè)地睡著，這在實(shí)驗(yàn)室里很難實(shí)現(xiàn)。我們真的是在絞盡腦汁尋找解決方案。&rdquo;<img src="https://pratt.duke.edu/sites/pratt.duke.edu/files/PAFrog.gif" alt="PAM scanning of a glassfrog, sleeping naturally upside down on a petri dish. By Jesse Delia. " width="808" height="452" />&nbsp;</p> <p>但塔博阿達(dá)在研究膽綠素時(shí)，已經(jīng)了解了一種被稱為光聲顯微鏡(PAM)的成像技術(shù)。膽綠素是一種化合物，使某些種類的青蛙具有標(biāo)志性的綠色。PAM包括向組織發(fā)射一束安全的激光束，然后被分子吸收并轉(zhuǎn)化為超聲波。然后，這些聲波被用來(lái)制作分子的詳細(xì)生物醫(yī)學(xué)圖像。這種成像工具是非侵入性的、安靜的、靈敏的，幸運(yùn)的是，杜克大學(xué)(Duke)也有這種工具。</p> <p>&nbsp;</p> <p>杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程助理教授、專門研究PAM技術(shù)的Junjie Yao解釋說(shuō):&ldquo;PAM是對(duì)紅細(xì)胞進(jìn)行無(wú)創(chuàng)成像的理想工具，因?yàn)槟悴恍枰⑸湓煸靹?，這對(duì)這些青蛙來(lái)說(shuō)是非常困難的。&rdquo;&ldquo;紅細(xì)胞本身提供了對(duì)比，因?yàn)椴煌愋偷募?xì)胞吸收和反射不同波長(zhǎng)的光。我們可以優(yōu)化我們的成像系統(tǒng)，專門尋找紅細(xì)胞，追蹤青蛙體內(nèi)循環(huán)的氧氣量。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>在他們的成像設(shè)置中，青蛙在培養(yǎng)皿中倒立著睡覺(jué)，類似于它們?cè)跇?shù)葉上睡覺(jué)的方式，研究小組用綠色激光照射動(dòng)物。青蛙體內(nèi)的紅細(xì)胞吸收綠光并發(fā)出超聲波，然后由聲學(xué)傳感器捕捉到超聲波，從而追蹤它們的位置，具有高空間分辨率和高靈敏度。</p> <p>&nbsp;</p> <p>結(jié)果非常明顯:當(dāng)青蛙睡著時(shí)，它們會(huì)移除近90%的循環(huán)紅細(xì)胞，并將它們儲(chǔ)存在肝臟中。<img src="https://pratt.duke.edu/sites/pratt.duke.edu/files/4.%20mating%20pair_transmitted.jpg" alt="a pair of mating glassfrogs, sleeping together, upside down on a leaf. The pair was photographed in transmitted light (backlit) from the upper side of the leaf. " width="808" height="539" />&nbsp;</p> <p>在進(jìn)一步的測(cè)試中，研究小組還發(fā)現(xiàn)，當(dāng)青蛙活躍時(shí)，紅細(xì)胞從肝臟中流出并循環(huán)，然后在青蛙恢復(fù)時(shí)，紅細(xì)胞在肝臟中重新聚集。</p> <p>&nbsp;</p> <p>約翰森說(shuō):&ldquo;主要的結(jié)果是，每當(dāng)玻璃蛙想要透明時(shí)，通常是在它們休息的時(shí)候，容易被捕食，它們就會(huì)過(guò)濾掉血液中幾乎所有的紅細(xì)胞，把它們藏在鏡面涂層的肝臟中，以某種方式避免在這個(gè)過(guò)程中產(chǎn)生巨大的血凝塊。&rdquo;&ldquo;每當(dāng)青蛙需要再次活躍起來(lái)時(shí)，它們就會(huì)把細(xì)胞帶回血液中，這使它們有了四處活動(dòng)的代謝能力。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>迪莉婭和塔博阿達(dá)表示，這一過(guò)程提出了一個(gè)問(wèn)題，即青蛙如何安全地將幾乎所有的紅細(xì)胞儲(chǔ)存在肝臟中，而不凝結(jié)或損傷外周組織。他們說(shuō)，下一步可能是研究這種機(jī)制，以及有朝一日它如何應(yīng)用于人類的血管問(wèn)題。光聲顯微鏡圖像顯示玻璃蛙在睡眠和麻醉狀態(tài)下(這打破了血液儲(chǔ)存)內(nèi)循環(huán)的紅細(xì)胞。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)工作還介紹了玻璃蛙作為一種有用的研究模型，特別是當(dāng)與最先進(jìn)的光聲成像技術(shù)相結(jié)合時(shí)。作為長(zhǎng)期的玻璃蛙研究人員，他們對(duì)現(xiàn)在可供他們和感興趣的合作者使用的新研究途徑感到興奮。</p> <p>&nbsp;</p> <p>Delia說(shuō):&ldquo;我們可以更多地了解玻璃蛙的生理和行為，或者我們可以使用這些模型來(lái)優(yōu)化生物醫(yī)學(xué)工程的成像工具。&rdquo;&ldquo;這是因?yàn)榭逅购臀艺J(rèn)為這只青蛙用它的血液做了一些奇怪的事情，這導(dǎo)致了杜克大學(xué)和全球各地的富有成效的合作。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>姚振華說(shuō):&ldquo;我們的成功合作是多學(xué)科如何以最協(xié)同的方式共同推動(dòng)科學(xué)發(fā)展的一個(gè)很好的例子。&rdquo;&ldquo;我們對(duì)生物和工程團(tuán)隊(duì)之間未來(lái)的互動(dòng)感到非常興奮。以船上所有的力量，天空就是極限。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項(xiàng)工作得到了國(guó)家地理學(xué)會(huì)資助(NGS-65348R-19)、人類前沿科學(xué)計(jì)劃博士后獎(jiǎng)學(xué)金(LT 000660/2018-L)、由郭士納家族基金會(huì)和美國(guó)自然歷史博物館理查德&middot;吉爾德研究生院提供的郭士納學(xué)者獎(jiǎng)學(xué)金、斯坦福大學(xué)啟動(dòng)基金和杜克大學(xué)啟動(dòng)基金的支持，國(guó)家衛(wèi)生研究院撥款(R01 EB028143 R01 NS111039和RF1 NS115581大腦計(jì)劃)，國(guó)家科學(xué)基金會(huì)職業(yè)獎(jiǎng)(2144788)，杜克腦科學(xué)研究所孵化器獎(jiǎng)，美國(guó)心臟協(xié)會(huì)合作科學(xué)獎(jiǎng)(18CSA34080277)，以及陳-扎克伯格計(jì)劃(2020-226178)。</p> <p>&nbsp;</p> <p>引用本文:&ldquo;玻璃蛙將血液隱藏在肝臟中以保持透明度。&rdquo;Carlos Taboada, Jesse Delia, Maomao Chen, chenshua, Peng Xiaorui, Zhu Xiaoyi, liming Jiang, Tri Vu, Qifa Zhou, Junjie Yao, Laureo O 'Connell, Sonke Johnsen?！犊茖W(xué)》，2022年12月22日。DOI: 10.1126 / science.abl6620</p> <p>&nbsp;</p> <blockquote> <p>注：本文由院校官方新聞直譯，僅供參考，不代表指南者留學(xué)態(tài)度觀點(diǎn)。</p> </blockquote>