ガラスガエルは肝臓内の赤血球を隠して透明にする

Oct 26, 2023

2022 年 12 月 27 日 | ミカエラ・ケイン

研究者らは、現代の生物医学画像技術の助けを借りて、カエルの一種がどのようにしてカモフラージュの達人になるのかをついに解読した

グラスフロッグは、休息中に血液循環から赤血球を取り出し、肝臓に隠すことで体を透明にします。 生物学者と生物医学工学者からなる複数の大学のチームは、これらのカエルがどのようにして自分自身を透明にするかを研究で明らかにし、12月23日付けのサイエンス誌に掲載された。

自然環境ではガラスガエルを見逃しがちです。 キタガラスガエル、Hyalinovatrachium fleischmanni は体長が数センチメートルに満たず、緑色の皮膚が周囲の葉や葉に溶け込む夜に最も活動的です。

しかし、これらの両生類は、日中に眠っている間、真のカモフラージュの達人になります。

「グラスフロッグが休んでいると、筋肉と皮膚が透明になり、見えるのは骨、目、内臓だけです」とデューク大学の博士研究員で論文の共同筆頭著者であるカルロス・タボアダ氏は言う。 「このカエルは大きな葉の下で寝ていて、透明だと植物の色と完璧に調和します。」

海では多くの動物が皮膚の色を変えたり、完全に透明になったりすることができますが、陸上ではそれほど一般的ではありません。 透明性を達成することが非常に難しい理由の 1 つは、循環系内の赤血球にあります。 赤血球は、通常植物や他の植生によって反射される光の色である緑色の光を吸収するのが得意です。 その代わりに、これらの酸素が豊富な細胞は赤色光を反射し、血液、ひいては循環系を、特に明るい緑の葉に対して非常に目立つようにします。

グラスフロッグは透明性を達成できる唯一の陸上脊椎動物の一部であり、そのため研究の対象となっています。 タボアダ氏はまず、透明性の研究を専門とするデューク大学の生物学教授であるゼンケ・ジョンセン氏の研究室の博士研究員としてガラスカエルの研究を始めた。 研究のために世界中を旅してさまざまなグラスフロッグを収集したジェシー・デリアと協力して、彼らはカエルが透明になるたびに循環血液から赤血球が消えていくように見えることを観察しました。

彼らは動物に対して追加の画像検査を実施し、光学モデルを介して動物が赤血球を血管から押し出しているために透明度を達成できることを証明した。 彼は、細胞が反射膜に包まれたカエルの内臓の1つに保存されているのではないかと考えた。

透明な動物としては、その生態を解読するのは驚くほど困難でした。 この研究は、デューク大学だけでなく、アメリカ自然史博物館、スタンフォード大学、南カリフォルニア大学の生物学者や生物医学技術者の専門知識を活用しました。

現在、アメリカ自然史博物館の博士研究員であるデリア氏は、「これらのカエルが覚醒していたり​​、ストレスがかかっていたり、麻酔下にある場合、循環系は赤血球でいっぱいで、不透明になります」と説明する。 「透明性を研究する唯一の方法は、これらの動物が幸せに眠っているかどうかですが、研究室でそれを達成するのは困難です。 私たちは解決策を見つけるために本当に頭を壁にぶつけていました。」

しかし、タボアダ氏は、特定の種のカエルに特徴的な緑色を与える化合物であるビリベルジンを研究していたときに、光音響顕微鏡法（PAM）と呼ばれるイメージング技術について知りました。 PAM では、安全なレーザー光線を組織に照射し、その光線が分子に吸収されて超音波に変換されます。 これらの音波は、分子の詳細な生体医学画像を作成するために使用されます。 このイメージング ツールは非侵襲的で静か、高感度であり、幸運にも Duke で入手できます。

「PAMは、赤血球の非侵襲的イメージングに理想的なツールです。なぜなら、これらのカエルにとっては非常に困難な造影剤の注入が必要ないからです」と、デューク大学生物医工学の助教授で専門家のJunjie Yao氏は説明する。 PAMテクノロジーで。 「異なる種類の細胞は異なる波長の光を吸収および反射するため、赤血球自体がコントラストを生み出します。 画像システムを最適化して、特に赤血球を探し、カエルの体内を循環している酸素の量を追跡することができました。」