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<p>玻璃蛙在休息時通過從血液循環(huán)中提取紅細胞并將它們隱藏在肝臟中，使自己變得透明。一個由生物學家和生物醫(yī)學工程師組成的多所大學團隊在12月23日的《科學》雜志上發(fā)表了一項研究，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)境中很容易錯過玻璃蛙。北方玻璃蛙(Hyalinobatrachium fleischmanni)身長不超過幾厘米，它們在夜間最活躍，這時它們的綠色皮膚有助于它們?nèi)谌胫車臉淙~和樹葉中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>一群玻璃蛙倒立在一片葉子上睡覺，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</p> <p>&nbsp;</p> <p>但這些兩棲動物在白天睡覺的時候成為了真正的偽裝大師。</p> <p>&nbsp;</p> <p>&ldquo;當玻璃蛙休息時，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。&rdquo;杜克大學博士后卡洛斯&middot;塔博阿達(Carlos Taboada)說，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，當它們是透明的時候，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了。透明如此難以實現(xiàn)的一個原因是循環(huán)系統(tǒng)中的紅細胞。紅細胞擅長吸收綠光，綠光通常是由植物和其他植被反射的光的顏色。作為回報，這些富氧細胞反射紅光，使血液&mdash;&mdash;進而使循環(huán)系統(tǒng)&mdash;&mdash;高度可見，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)透明的陸基脊椎動物之一，這使它們成為研究的目標。Taboada第一次開始研究玻璃青蛙是在杜克大學生物學教授S&ouml;nke Johnsen的實驗室做博士后，他專門研究透明度。杰西&middot;迪利亞周游世界，為這項研究收集了不同的玻璃蛙，他們與他合作，觀察到每當青蛙變得透明時，紅細胞似乎就會從循環(huán)血液中消失。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們對這些動物進行了額外的成像測試，通過光學模型證明，這些動物之所以能夠?qū)崿F(xiàn)透明，是因為它們將紅細胞擠出了血管。他懷疑這些細胞被儲存在青蛙的一個內(nèi)部器官中，該器官被包裹在一層反射膜中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>對于一種透明的動物來說，破譯它的生物學特性是非常具有挑戰(zhàn)性的。這項研究不僅利用了杜克大學的生物學家和生物醫(yī)學工程師的專業(yè)知識，還利用了美國自然歷史博物館、斯坦福大學和南加州大學的專業(yè)知識。</p> <p>&nbsp;</p> <p>迪莉婭現(xiàn)在是美國自然歷史博物館的博士后研究員，她解釋說:&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)就會充滿紅細胞，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物是否快樂地睡著，這在實驗室里很難實現(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)透明的陸基脊椎動物之一，這使它們成為研究的目標。Taboada第一次開始研究玻璃青蛙是在杜克大學生物學教授S&ouml;nke Johnsen的實驗室做博士后，他專門研究透明度。杰西&middot;迪利亞周游世界，為這項研究收集了不同的玻璃蛙，他們與他合作，觀察到每當青蛙變得透明時，紅細胞似乎就會從循環(huán)血液中消失。</p> <p>&nbsp;</p> <p>他們對這些動物進行了額外的成像測試，通過光學模型證明，這些動物之所以能夠?qū)崿F(xiàn)透明，是因為它們將紅細胞擠出了血管。他懷疑這些細胞被儲存在青蛙的一個內(nèi)部器官中，該器官被包裹在一層反射膜中。</p> <p>&nbsp;</p> <p>對于一種透明的動物來說，破譯它的生物學特性是非常具有挑戰(zhàn)性的。這項研究不僅利用了杜克大學的生物學家和生物醫(yī)學工程師的專業(yè)知識，還利用了美國自然歷史博物館、斯坦福大學和南加州大學的專業(yè)知識。</p> <p>&nbsp;</p> <p>迪莉婭現(xiàn)在是美國自然歷史博物館的博士后研究員，她解釋說:&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)就會充滿紅細胞，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物是否快樂地睡著，這在實驗室里很難實現(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>但塔博阿達在研究膽綠素時，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，這些聲波被用來制作分子的詳細生物醫(yī)學圖像。這種成像工具是非侵入性的、安靜的、靈敏的，幸運的是，杜克大學(Duke)也有這種工具。</p> <p>&nbsp;</p> <p>杜克大學生物醫(yī)學工程助理教授、專門研究PAM技術(shù)的Junjie Yao解釋說:&ldquo;PAM是對紅細胞進行無創(chuàng)成像的理想工具，因為你不需要注射造造劑，這對這些青蛙來說是非常困難的。&rdquo;&ldquo;紅細胞本身提供了對比，因為不同類型的細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，類似于它們在樹葉上睡覺的方式，研究小組用綠色激光照射動物。青蛙體內(nèi)的紅細胞吸收綠光并發(fā)出超聲波，然后由聲學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:當青蛙睡著時，它們會移除近90%的循環(huán)紅細胞，并將它們儲存在肝臟中。<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>在進一步的測試中，研究小組還發(fā)現(xiàn)，當青蛙活躍時，紅細胞從肝臟中流出并循環(huán)，然后在青蛙恢復時，紅細胞在肝臟中重新聚集。</p> <p>&nbsp;</p> <p>約翰森說:&ldquo;主要的結(jié)果是，每當玻璃蛙想要透明時，通常是在它們休息的時候，容易被捕食，它們就會過濾掉血液中幾乎所有的紅細胞，把它們藏在鏡面涂層的肝臟中，以某種方式避免在這個過程中產(chǎn)生巨大的血凝塊。&rdquo;&ldquo;每當青蛙需要再次活躍起來時，它們就會把細胞帶回血液中，這使它們有了四處活動的代謝能力。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>迪莉婭和塔博阿達表示，這一過程提出了一個問題，即青蛙如何安全地將幾乎所有的紅細胞儲存在肝臟中，而不凝結(jié)或損傷外周組織。他們說，下一步可能是研究這種機制，以及有朝一日它如何應用于人類的血管問題。光聲顯微鏡圖像顯示玻璃蛙在睡眠和麻醉狀態(tài)下(這打破了血液儲存)內(nèi)循環(huán)的紅細胞。</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項工作還介紹了玻璃蛙作為一種有用的研究模型，特別是當與最先進的光聲成像技術(shù)相結(jié)合時。作為長期的玻璃蛙研究人員，他們對現(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:&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優(yōu)化生物醫(yī)學工程的成像工具。&rdquo;&ldquo;這是因為卡洛斯和我認為這只青蛙用它的血液做了一些奇怪的事情，這導致了杜克大學和全球各地的富有成效的合作。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>姚振華說:&ldquo;我們的成功合作是多學科如何以最協(xié)同的方式共同推動科學發(fā)展的一個很好的例子。&rdquo;&ldquo;我們對生物和工程團隊之間未來的互動感到非常興奮。以船上所有的力量，天空就是極限。&rdquo;</p> <p>&nbsp;</p> <p>這項工作得到了國家地理學會資助(NGS-65348R-19)、人類前沿科學計劃博士后獎學金(LT 000660/2018-L)、由郭士納家族基金會和美國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者獎學金、斯坦福大學啟動基金和杜克大學啟動基金的支持，國家衛(wèi)生研究院撥款(R01 EB028143 R01 NS111039和RF1 NS115581大腦計劃)，國家科學基金會職業(yè)獎(2144788)，杜克腦科學研究所孵化器獎，美國心臟協(xié)會合作科學獎(18CSA34080277)，以及陳-扎克伯格計劃(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。《科學》，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，不代表指南者留學態(tài)度觀點。</p> </blockquote>