Спящие и прозрачные

На фото — пара спящих крапчатых стеклянных лягушек (Hyalinobatrachium fleischmanni). По сравнению с листом они совсем крошечные — вырастают до 2–3 см длиной. Это фото сделано в лаборатории Инженерной школы Пратта Университета Дьюка (см. Pratt School of Engineering), а в природе они обитают в Центральной и Южной Америке. Активны они ночью, а днем спят, прикрепившись к нижней поверхности листа, поэтому при взгляде сверху видны их полупрозрачные очертания, сливающиеся с фоном (см. картинку дня Заботливые стеклянные лягушки). Мышцы и кожа на брюшке во время сна прозрачны, через них видны внутренние органы. Но как стать прозрачным, когда у тебя красная кровь?

Возможно, вы помните со школы препарат эритроцитов лягушки. Эти эритроциты, в отличие от наших, имеют ядро. Но они такие же красные благодаря гемоглобину. А красный очень выделяется на фоне зеленых листьев. У некоторых других полупрозрачных позвоночных, таких как личинки угрей и антарктические ледяные рыбы (семейство Channichthyidae), вообще нет ни гемоглобина, ни эритроцитов. Они поглощают кислород прямо из воды за счет диффузии. Лягушка ведет сухопутный образ жизни, живет в теплых краях и такого себе позволить не может.

Зато крапчатая стеклянная лягушка умеет прятать свои эритроциты! Она прячет их в печени, куда перед сном дружно направляются почти 89% эритроцитов из кровотока. Как и другие внутренние органы, печень покрыта серозной оболочкой (брюшиной). У представителей семейства стеклянных лягушек ее клетки содержат кристаллы гуанина, которые отражают 80% видимого света. Поэтому такая оболочка надежно скрывает от глаз и печень, и бьющееся сердце.

Спящая, анестезированная и активная лягушки с брюшной стороны; внизу показано наполнение кожи и мышц кровью по мере пробуждения. Фото из статьи C. Taboada et al., 2022. Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency

Нашпигованная эритроцитами печень увеличивается на 40%. Хранятся клетки крови в синусоидах печени — широких эластичных капиллярах. И никаких тромбов не образуется, по пока еще не изученным причинам. Когда амфибия просыпается, поток эритроцитов возвращается в кровоток, окрашивая бывшие до этого прозрачными мышцы и кожу брюшка.

Поперечный срез печени, окрашенный гематоксилином и эозином. На верхних фото синусоиды печени (отмечены стрелкой) заполнены светлыми эритроцитами с продолговатыми ядрами, гепатоциты (клетки печени) более темные, с округлыми ядрами, они выстилают синусоиды и отмечены звездочкой. На нижних фото синусоиды почти пусты и сужены. Печень окружена серозной оболочкой (c), содержащей гуанин; m — макрофаг, у земноводных он содержит меланин, поэтому черный. Длина масштабных отрезков на фото — 100 мкм, на врезах — 30 мкм. Фото из дополнительных материалов к статье C. Taboada et al., 2022. Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency

У спящих лягушек с кислородом связано всего 3,4% от общего количества гемоглобина, то есть метаболическая активность в это время скорее всего снижена, либо происходят процессы, не требующие окисления. Чтобы это определить, изучить гемодинамику и рассмотреть скопление эритроцитов под непрозрачной оболочкой внутренних органов, нужны живые, мирно посапывающие животные, без стресса и анестезии. Довольно непростые требования, но ученые с ними справились, выбрав метод фотоакустической микроскопии (ФАМ). Пока лягушки спали вверх ногами в чашке Петри, на них светили зеленым лазером. Красные кровяные клетки поглощали зеленый свет, нагревались на доли градуса и излучали ультразвуковые волны, которые улавливались акустическим датчиком, и на основании полученных данных создавались подробные изображения. Этот метод неинвазивен, не требует введения красителей, бесшумен и имеет высокое разрешение. ФАМ позволяет визуализировать более глубокие структуры, чем чисто оптические методы, поскольку биологические ткани гораздо более прозрачны для ультразвуковых волн, чем для света. Так как окси- и дезоксигемоглобин обладают индивидуальными спектрами поглощения, поочередное облучение лазерными импульсами на двух разных длинах волн позволяет визуализировать уровень насыщения крови кислородом.

ФАМ-визуализация кровоснабжения органов стеклянной лягушки во сне (в центре) и под анестезией (справа). Наркоз провоцирует выброс эритроцитов в сосудистое русло, что соответствует картине кровотока бодрствующей амфибии. Хорошо заметно, что большая часть эритроцитов депонирована в печени (liver). Внизу показана шкала уровня насыщения крови кислородом. Фото из дополнительных материалов к статье C. Taboada et al., 2022. Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency

Почти все эксперименты по изучению прозрачности стеклянных лягушек проводились на самцах, потому как соотношение полов в лабораторной колонии было в их пользу. Но всё вышесказанное относится и к самкам, за исключением того, что они почти по полгода носят в своих яичниках ооциты на разных стадиях развития, что снижает эффект прозрачности их брюшек. Поэтому беременные самки для дневного сна выбирают густые заросли, чтобы скрыть свой силуэт от хищников.

Крапчатые стеклянные лягушки, снятые в проходящем (вверху) и отраженном свете (внизу). Фото из дополнительных материалов к статье C. Taboada et al., 2022. Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency

Интересно, что головастики стеклянных лягушек прозрачны вне зависимости от уровня активности. Через их покровы и брюшину отлично просматриваются внутренние органы: светоотражающий слой гуанина сформируется только после метаморфоза. Головастики ведут донный образ жизни в ручьях и отлично маскируются от водных хищников.

Фото с сайта pratt.duke.edu.

Юлия Михневич