Стеклянные лягушки: куда прячут кровь, чтобы стать прозрачными

Стеклянная лягушка выглядит так, будто на её теле забыли включить непрозрачность: сквозь кожу брюшка видны кости, печень и бьющееся сердце. Но у позвоночных прозрачности мешает кровь. Красные кровяные клетки поглощают свет, и ткани с ними краснеют. Как же маленькая лягушка с кровью в жилах умудряется быть почти невидимой? Ответ опубликовал журнал Science в декабре 2022 года, и он оказался неожиданным: днём лягушки прячут почти всю кровь в печень.

Кто такие стеклянные лягушки и где они живут

Это семейство бесхвостых амфибий, которые обитают во влажных тропических лесах Центральной и Южной Америки. Работа 2022 года выполнена на северной стеклянной лягушке, или лягушке Флейшмана (Hyalinobatrachium fleischmanni). Её длина не превышает нескольких сантиметров, а по размеру её сравнивают со скрепкой. Днём такие лягушки спят на нижней стороне больших листьев, а ночью кормятся и размножаются.

Прозрачность у них неполная. Спинка остаётся салатово-зелёной, прозрачными становятся прежде всего брюшная сторона, мышцы и часть кожи. Кости, глаза и внутренние органы остаются заметными. Так спящие лягушки сливаются с листом и остаются незаметными для пауков и змей.

Почему кровь мешает быть прозрачным

Прозрачность возникает, когда свет не поглощается и не рассеивается тканями. В воде это умеют многие: личинки угрей, медузы, некоторые рыбы. На суше такой приём встречается гораздо реже, потому что на границе воздуха и тканей свет ведёт себя иначе, а кровь добавляет ещё одну проблему.

Гемоглобин в красных кровяных клетках связывает кислород и сильно поглощает зелёный и синий свет. Поэтому кровь красная и поэтому она заметна на зелёном листе. Из позвоночных гемоглобина лишены только антарктические ледяные рыбы. Лягушкам пришлось искать обходной путь.

Как учёные нашли пропавшую кровь

Исследователи из Университета Дьюка, Американского музея естественной истории, Стэнфордского и Южно-Калифорнийского университетов сначала заметили странность. Когда лягушка засыпала и становилась прозрачной, по её сосудам почти переставали идти красные клетки. Проснётся лягушка, и кровь снова появляется.

Проверить это оказалось непросто. По словам биолога Джесси Делии, если лягушка бодрствует, напугана или под наркозом, её сосуды заполнены красными клетками, и она непрозрачна. Прозрачность можно изучать только на спокойно спящем животном, а добиться этого в лаборатории трудно.

Решение нашли в биомедицинской технике. Фотоакустическая микроскопия подсвечивает ткани лазером. Красные клетки поглощают свет и испускают ультразвук, который ловит датчик. Контрастное вещество не нужно, потому что контрастом служит сама кровь. Лягушки спали в чашке Петри вверх брюшком, как на листе, а зелёный лазер показывал, где находятся красные клетки.

Что показал опыт: 89% крови в печени

Спящие лягушки убирали из кровотока около 89% красных кровяных клеток и складывали их в печень. Авторы статьи в Science называют это тем, что позволяет увеличить прозрачность в два-три раза. Лабораторная страница Карлоса Табоады описывает печень как «зеркальную»: её оболочка отражает свет, поэтому скопление красных клеток внутри не просвечивает сквозь тело.

Для сравнения, у других древесных лягушек в печени хранится около 12% красных клеток. Стеклянные лягушки превращают обычный запас в почти полную эвакуацию крови. Ночью, когда лягушка активна, клетки возвращаются в сосуды, и печень уменьшается.

Почему цифры в пересказах расходятся

Журналисты по-разному описывают одно и то же. Science News пишет, что спящие лягушки были прозрачнее активных на 34% и более (верхняя оценка 61%), а печень увеличивалась примерно на 40%. Би-би-си называет «до 61%» прозрачности и говорит, что печень почти удваивается. Пересказы не поясняют, как именно измерялись эти величины, поэтому лучше им не доверять вслепую. Надёжнее всего держаться формулировки из аннотации: около 89% клеток убрано из кровотока, прозрачность выросла в два-три раза.

Чего наука пока не знает

Во-первых, неясно, как лягушки не получают тромб. Скопление почти всей крови в одном органе у большинства животных опасно: слипшиеся клетки могут закупорить сосуды. Джесси Делия говорит, что лягушки делают это «без массивного сгустка». Карлос Табоада уточняет, что при ранении кровь у них сворачивается нормально.

Во-вторых, неясно, как лягушки живут без кровяного кислорода. По словам Делии, примерно по двенадцать часов в сутки они почти не переносят кислород. Авторы предполагают, что во сне обмен веществ у них снижен или идёт без участия кислорода, но прямых доказательств этого пока нет.

Для медицины это заманчиво: механизм «упаковки» крови без тромба мог бы подсказать идеи для лечения тромбозов. Но участники работы предупреждают, что до применения у людей могут пройти десятилетия. Пока это открытие о биологии лягушек, а не метод лечения.

Что из этого следует

Прозрачность у стеклянных лягушек оказалась не свойством кожи, а режимом работы всего организма. Он включается днём, когда лягушка беззащитна, и выключается, когда нужно двигаться и охотиться. Ради маскировки животное на полсуток отказывается от обычного кровообращения.

Похожий урок даёт и разбор других «простых фактов» о животных: красивая картинка почти всегда скрывает механизм, который выясняют годами. Так было с памятью золотой рыбки, которая оказалась намного дольше трёх секунд, и с загадкой выбрасывания китов на берег. А чтобы отличать проверенные выводы от красивых пересказов, полезно знать, как устроены контролируемые испытания.

Какие ещё животные могли бы прятать то, что обычно служит им ярким сигналом, и как это проверить?

Источники

• Taboada C. et al. Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency. Science, 2022
• Duke Pratt School of Engineering: Glassfrogs Hide Red Blood Cells in Their Liver to Become Transparent
• NSF: Glassfrogs hide red blood cells in their livers to become transparent
• Science News: Glass frogs become see-through by hiding their blood
• BBC News: Scientists find secret to how glass frogs turn transparent
• Taboada Lab (Caltech): Organismal transparency