揭示玻璃蛙將紅細(xì)胞隱藏在肝臟中而讓自己變得透明

在自然環(huán)境中很容易錯(cuò)過玻璃蛙。弗氏玻璃蛙（Hyalinobatrachium fleischmanni）尺寸不超過幾厘米，而且它們?cè)谕砩匣钴S，因?yàn)樗鼈兊木G色皮膚有助于它們與周圍的樹葉和枝葉融為一體。但是這類兩棲動(dòng)物在白天睡覺的時(shí)候成為真正的偽裝大師。

論文共同通訊作者、杜克大學(xué)的博士后研究員Carlos Taboada說，“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)臟都是可見的。玻璃蛙睡在大葉子的底部，當(dāng)它們變得透明時(shí)，它們可以完美地匹配植被的顏色?！?/span>

海洋中的許多動(dòng)物可以改變其皮膚的顏色或變得完全透明，但這在陸地上是一種極不常見的技能。透明如此難以實(shí)現(xiàn)的原因之一是循環(huán)系統(tǒng)中的紅細(xì)胞。紅細(xì)胞善于吸收綠光，這是通常由植物和其他植被反射的光的顏色。作為回報(bào)，這些富含氧氣的細(xì)胞會(huì)反射紅光，使血液---進(jìn)而使循環(huán)系統(tǒng)---高度可見，特別是在明亮的綠葉的映襯下。

玻璃蛙是能夠?qū)崿F(xiàn)透明的陸生脊椎動(dòng)物之一，這使它們成為研究的目標(biāo)。Taboada第一次開始研究玻璃蛙是在杜克大學(xué)專門研究透明的生物學(xué)教授S?nke Johnsen的實(shí)驗(yàn)室做博士后。通過與在世界各地收集不同的玻璃蛙進(jìn)行研究的Jesse Delia合作，他們觀察到，每當(dāng)玻璃蛙變得透明時(shí)，紅細(xì)胞似乎就會(huì)從循環(huán)血液中消失。

他們對(duì)玻璃蛙進(jìn)行了額外的成像測試，通過光學(xué)模型證實(shí)，它們之所以能夠?qū)崿F(xiàn)透明，是因?yàn)樗鼈儗⒓t細(xì)胞擠出了血管。他們猜測這些紅細(xì)被儲(chǔ)存在玻璃蛙的一種被一個(gè)反射膜包裹著的內(nèi)部器官中。

對(duì)于一種透明的動(dòng)物來說，它的生物學(xué)特性的破解極其充滿挑戰(zhàn)。這項(xiàng)新的研究不僅借鑒了杜克大學(xué)的生物學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)工程師的專業(yè)知識(shí)，還借鑒了美國自然歷史博物館、斯坦福大學(xué)和南加州大學(xué)的專業(yè)知識(shí)。

Delia解釋說，“如果玻璃蛙是醒著的，遭受應(yīng)激或處于麻醉狀態(tài)，它們的循環(huán)系統(tǒng)充滿了紅細(xì)胞，它們是不透明的。研究透明的方法是這些動(dòng)物愉快地睡著了，但這在研究實(shí)驗(yàn)室中很難實(shí)現(xiàn)。我們真地是在絞盡腦汁尋找解決方案?！?/span>

但是Taboada在研究膽綠素（biliverdin）---一種讓使某些種類的青蛙擁有標(biāo)志性綠色的化合物---時(shí)了解到一種叫做光聲顯微鏡（photoacoustic microscopy, PAM）的成像技術(shù)。PAM涉及到將一束安全的激光射入組織，然后被分子吸收并轉(zhuǎn)換為超聲波。接著這些聲波被用來制作這些分子的詳細(xì)生物醫(yī)學(xué)圖片。這種成像工具是無創(chuàng)的、安靜的、靈敏的。

論文共同通訊作者、杜克大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程系專門研究PAM技術(shù)的助理教授Junjie Yao解釋說，“PAM是對(duì)紅細(xì)胞進(jìn)行非侵入性成像的理想工具，因?yàn)槟悴恍枰⑸湓煊皠?，畢竟這種注射對(duì)玻璃蛙來說是非常困難的。紅細(xì)胞本身提供了對(duì)比度，因?yàn)椴煌愋偷募?xì)胞吸收和反射不同波長的光。我們可以優(yōu)化我們的成像系統(tǒng)，專門尋找紅細(xì)胞，并跟蹤有多少氧氣在玻璃蛙的身體中循環(huán)。”

在他們的成像裝置中，玻璃蛙倒睡在培養(yǎng)皿中，類似于它們睡在一片樹葉上的方式，這些作者組用綠色激光照射這些動(dòng)物。玻璃蛙體內(nèi)的紅細(xì)胞吸收了綠光并發(fā)出超聲波，然后被一種聲學(xué)傳感器接收，以較高的空間分辨率和靈敏度追蹤它們的行蹤。

他們的研究結(jié)果非常清晰地表明當(dāng)玻璃蛙睡著時(shí)，它們移走了近90%的循環(huán)紅細(xì)胞，并將它們儲(chǔ)存在肝臟中。在進(jìn)一步的測試中，他們還觀察到，當(dāng)玻璃蛙活動(dòng)時(shí)，紅細(xì)胞從肝臟中流出并進(jìn)行循環(huán)，然后在玻璃蛙恢復(fù)時(shí)紅細(xì)胞在肝臟中重新聚集。

Johnsen說，“主要的研究結(jié)果是，每當(dāng)玻璃蛙想要變得透明的時(shí)候，也就是通常在它們休息和容易被捕食的時(shí)候，它們會(huì)把幾乎所有的紅細(xì)胞從血液中過濾出來，并把它們藏在肝臟中---在這個(gè)過程中，以某種方式避免產(chǎn)生巨大的血凝塊。每當(dāng)玻璃蛙需要再次變得活躍時(shí)，它們就把這些紅細(xì)胞帶回血流中，這使它們有了四處活動(dòng)的代謝能力。”

根據(jù)Delia和Taboada的說法，這個(gè)過程提出了這樣的問題：玻璃蛙如何能夠安全地將幾乎所有的紅細(xì)胞儲(chǔ)存在它們的肝臟中而不發(fā)生凝結(jié)或損害它們的周邊組織。他們說，下一步可能是研究這種機(jī)制，以及有朝一日它如何應(yīng)用于人類的血管問題。

這項(xiàng)新的研究還介紹了玻璃蛙作為一種有用的研究模型，特別是當(dāng)與先進(jìn)的光聲成像技術(shù)搭配使用時(shí)。作為長期的玻璃蛙研究人員，他們對(duì)如今提供給他們和感興趣的合作者的新研究途徑感到興奮。

Delia說，“我們可以了解更多關(guān)于玻璃蛙的生理和行為，或者我們可以使用這些模型來優(yōu)化生物醫(yī)學(xué)工程的成像工具。這開始是因?yàn)?/span>Taboada和我認(rèn)為玻璃蛙在用它的血液做一些奇怪的事情，這導(dǎo)致了在杜克大學(xué)和全球各地的富有成效的合作?！?/span>