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它们能变透明隐身,这究竟是怎么做到的?

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发表于 2022-12-27 00:51 | 显示全部楼层 |阅读模式
它们能变透明隐身,这究竟是怎么做到的?[color=var(--weui-FG-2)]

[color=var(--weui-FG-2)]Måka
原理 [color=var(--weui-FG-2)]2022-12-26 04:30
[color=var(--weui-FG-2)]Posted on 浙江
[color=var(--weui-FG-2)]


                               
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在自然环境中,你可能很容易就错过一只玻璃蛙。比如,著名的北方玻璃蛙(Hyalinobatrachium fleischmanni)的尺寸通常不超过几厘米,它们在夜间最为活跃,那时,它们的绿色皮肤可以帮助它们与周围的树木或叶片融为一体。

但是,这些两栖动物在白天睡觉时才是真正的伪装大师。

当玻璃蛙休憩时,它们的肌肉和皮肤会变得透明,骨骼、眼睛和内部器官是所有看得见的东西。这些蛙会睡在大叶子的底部,当它们变成了透明的,就可以完美匹配植被的颜色。


                               
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一些玻璃蛙在大树叶下面休息。(图/Jesse Delia)

改变皮肤颜色,或者变得完全透明,其实在自然界中也并不少见。海洋中的许多动物都能做得到。但在陆地上,这绝对是一种罕见技能。玻璃蛙却是唯一能够实现透明的陆生脊椎动物,这让它们成了科学家研究的目标。但玻璃蛙是如何做到这一点的?

近日,一组跨学科团队利用巧妙的实验设计和先进的技术手段发现,玻璃蛙在休息时,能从血液循环中提取红细胞,并将它们隐藏在肝脏中,从而让自己变得透明。研究已于近日发表在《科学》上。


  把红细胞藏起来  

透明如此难以实现的原因之一便是循环系统中的红细胞。红细胞善于吸收绿光,这也是通常由植物和其他植被反射的光的颜色。反过来,这些富氧的细胞会反射红光,使血液(进而使循环系统)相当明显,在浅绿色的树叶的映衬下格外如此。

研究团队观察到,每当玻璃蛙变得透明时,它们的红细胞似乎就会从循环的血液中消失。他们对这些动物进行了更多成像测试,通过光学模型证明,这些动物之所以能够实现透明,是因为它们将红细胞挤出了血管。研究人员怀疑,这些细胞被储存在了它们的一处被反射膜包裹的内部器官中。


                               
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玻璃蛙在休息时变得透明。(图/Jesse Delia)

但对于研究而言,最大的问题是,如果这些蛙是清醒的、受到胁迫或者处于麻醉状态,它们的循环系统都还是充满了红细胞,仍然是不透明的。研究透明的唯一方法是让这些动物愉悦安详地睡下,而这在研究实验室中很难实现。

但科学家在研究胆红素(这种化合物使某些物种的蛙拥有那种标志性的绿色)时,了解到一种叫作光声显微成像的技术(PAM)。

PAM会将一束安全的激光射入组织,然后被分子吸收,转换为超声波。接着,这些声波会被用来制作分子的详细生物医学图像。这种成像工具无创,并且安静、敏感。

PAM是对红细胞进行非侵入性成像的理想工具,它不需要注射任何造影剂。红细胞本身提供了一种对比度,因为不同类型的细胞会吸收和反射不同波长的光。


                               
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光声显微成像得到的不同状态下玻璃蛙体内的红细胞图像。(图/Dr. Junjie Yao’s lab, Duke University)

实验团队优化了成像系统,用来专门寻找红细胞,并追踪有多少氧气在蛙体内循环。

在他们的成像装置中,蛙倒睡在一个培养皿中,这类似于它们在树叶上睡觉的方式。团队用绿色激光照射动物。蛙体内的红细胞吸收了绿光并发出超声波,然后被一个声学传感器接收,以相当高的空间分辨率和灵敏度追踪它们的去向。

结果格外清晰。当蛙睡着时,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,团队还看到,当蛙活动时,红细胞会从肝脏中流出并进入循环,然后在蛙养精蓄锐时重新聚集在肝脏中。


  揭开更多细节  

也就是说,每当玻璃蛙想要变得透明,也就是通常在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,并把藏在有镜面涂层的肝脏中。

在这个过程中,它们还会以某种方式避免产生大的血凝块。每当蛙需要再次变得活跃时,就把细胞带回血流中,这使它们有了四处活动的代谢能力。根据这样的说法,这个过程同样提出了这样的问题:这些玻璃蛙如何能够安全地将几乎所有的红细胞储存在肝脏中,而不发生凝结,也不会损害周边组织?

这也是研究人员下一步有意研究的机制。他们相信,这有朝一日可能适用于解决人类血管的问题。

这项研究还介绍了玻璃蛙作为一个有用的研究模型,特别是当与最先进的光声成像技术相配时的成果。科学家可以了解更多关于玻璃蛙的生理和行为,或者可以用这些模型来优化生物医学工程的成像工具。

#创作团队:
编译:Måka
排版:雯雯
#参考来源:
https://phys.org/news/2022-12-glassfrogs-red-blood-cells-liver.html
#图片来源:
封面图:Jesse Delia, Duke
首图:Jesse Delia


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