“全球 400 家媒体报道了这项神奇的发现。关于我们这篇 Science 封面论文，学界反响激烈并充溢着猎奇，它处置了长期以来搅扰科学家的一个问题：充溢血红细胞的脊椎动物到底如何变得透明。而我们的研讨揭开了这种从未被知晓的脊椎生物透明机制。”美国杜克大学生物医学工程系教授姚俊杰表示。
图 | 姚俊杰（来源：姚俊杰） 研讨中，姚俊杰和协作者应用全新的光学成像技术光声显微镜（photoacoustic microscopy），对一种原产于南美洲热带雨林中的玻璃蛙（glassfrog）做了长期研讨。 他们发现这种玻璃蛙在休息时，能够“随心所欲”地将体内约 90% 的血红细胞躲藏在肝脏里，从而大大增加肌体透明度、以及规避捕食天敌的伪装才干。
（来源：Science） 更神奇的是，这种经过躲藏血红细胞来让身体变透明的措施，看上去是一种类似窒息的“自杀行为”，但它对玻璃蛙并未构成任何伤害。在人类已知的生物里面，只需玻璃蛙具有这种无独有偶的“透明”超才干。 牛津大学纳菲尔德医学系首席研讨员理查德·怀特（Richard White）博士对该工作给予高度评价，并撰写一篇评论文章发在同期 Science 上。他以为普通的水生生物更容易完成肌体透明，由于它们不需求大量的血红细胞。而陆生脊椎动物是极端难以完成透明的。因而这项新发现填补了范畴内学问空白，怀特评价称：“这真实是一项让人惊奇的发现。一种随心所欲的隐身功用！”
图 | 玻璃蛙体内红细胞散布和氧合的 PAM 图像。（来源：Dr. Junjie Yao’s lab）
助力寻觅治疗人类血栓和中风的新措施 同时，此次发现将对生物进化理论和组织生物学产生深远影响，并且具有很高的适用价值。需求特别指出的是，玻璃蛙每天都能在休息时将血红细胞高度浓缩在肝脏里，并在活动时将这些血红细胞疾速释放到血液里，这种高度动态的红细胞收放功用为玻璃蛙所独有，目前人们从未在其他生物里发现过。 因而，课题组推测玻璃蛙具有一种共同的生理功用，来避免这些高度浓缩的血红细胞在肝脏里面呈现凝血。 凝血，关于其他动物包含人类都是致命性的攻击。于人类而言，它的呈现常常会在老年人中惹起常见的血栓和中风。 假如进一步研讨玻璃蛙的抗凝血机制，将有可能找到一种预防、治疗人类血栓和中风的有效措施，从而处置长期搅扰医学界的相关难题。 另一方面，本次发现也为自然科学研讨带来了一种全新的光声成像技术。研讨中，玻璃蛙需求处于特别宁静的环境，光声成像正好能够提供一种既无创、又灵活的追踪血红细胞的措施。
在成像的过程中，光声显微镜应用微小的激光映照玻璃蛙，血红细胞吸收这些激光光子后，会发出明晰可辨的超声信号。 超声信号不会给玻璃蛙带来干扰，并且可被用于定量追踪血红细胞的数量和位置。当玻璃蛙处于最自然的休息状态时，也不会被成像过程打扰。 研讨期间，该团队发明并优化了多项光声显微镜技术，具备明晰、快速、有深度等优势，满足了玻璃蛙研讨的苛刻成像请求。估量这项光声显微镜技术，将为其他基础科学研讨提供有力的工具。 近日，相关论文以《玻璃蛙将血液躲藏在肝脏中以坚持透明度》（Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency）为题发在 Science 上 [1]。
图 | 相关论文（来源：Science） 杜克大学生物系博士后卡洛斯·塔沃阿达（Carlos Taboada）、杜克大学生物医学工程系杰西·迪莉娅（Jesse Delia）博士担任第一作者兼通讯作者，杜克大学生物医学工程系教授姚俊杰担任共同通讯作者。
（来源：Science）
当玻璃蛙远离家乡...... 在自然界中，透明的生物组织是一种十分稀有的伪装机制。这种透明的伪装通常需求复杂的结构和生理上的变更才干完成，关于人类了解诸多生物学的基础问题以及治疗临床疾病，也有很高的研讨价值。 多年来，除了极个别特殊的透明组织好比眼睛的晶状体，科学家对组织的透明性知之甚少，亦不分明组织如何让自己变得透明。关于包含人类在内的一切脊椎动物而言，完成组织的透明可谓异常艰难。 缘由在于脊椎动物需求大量的血红细胞来传输氧气，而血红细胞里面富含红色的血红蛋白。这种红色的血红蛋白能够大量吸收环境中的光线，从而让组织呈现出红色进而变得不透明。 事实上，科学家很早就留意到玻璃蛙的隐身才干，但却无法破译它们完成隐身的奇妙。在脊椎动物中，红色的血红细胞是肌体最重要的吸光成分。而玻璃蛙如何消弭血红细胞不时是个未解之谜。 担任此次论文共同通讯作者的 Carlos Taboada 和 Jesse Delia 长期为该问题所搅扰，于是他们找到姚俊杰所在的光声成像实验室寻求辅佐，以期解开玻璃蛙的血红细胞消逝之谜。 他们先经过已有的光声成像系统，肯定玻璃蛙能够经过减少血红细胞来完成身体透明，并且这个过程是可重复的，对肌体功用没有任何伤害。 然后，课题组开发三套光声显微镜系统，借此完成明晰、快速、有深度的成像，从而在不同时间和空间尺度上，寻觅玻璃蛙的隐身秘诀。 经过大量的动物实验，他们发现玻璃蛙能将体内约 90% 的血红细胞躲藏在肝脏里，进而大大进步身体的透明度。 该团队还应用光声显微镜，研讨了玻璃蛙不同器官在不同状态下的氧气供给和耗费，从而解答了另一个重要的问题：玻璃蛙到底如何降低生体的新陈代谢，来配合自己的隐身状态。 接下来便是繁杂而严厉的对比研讨。为增强此次发现的可信度，并表示关于其他物种的顺应性，课题组中止了大量的对比参照实验。 为此，他们引进其他青蛙种类，对比不同种类的青蛙在隐身上的才干。结果发现，玻璃蛙具备无独有偶的才干，它对血红细胞的调理才干远远强于其他近亲，因而具有更强的隐身才干。这些对比实验充沛阐明，关于血红细胞的调控——是玻璃蛙完成隐身的最重要要素。 让人吃惊的是，固然这些玻璃蛙远离家乡，并在实验室培育箱里中止繁衍，但是它们依旧严厉遵照其祖先在热带雨林中养成的作息时间：白天睡觉，晚上活动。 此外，玻璃蛙喜欢寻觅一片绿叶休息，为此培育箱内特地放有绿叶。当它们完整隐身时，就很难在培育箱内看到它。所以有时在实验前，还得认真翻找树叶去找它，这样研讨人员花了不少时间。
总而言之，此次新发现是科学和技术的圆满分离。当论文共同通讯作者 Carlos Taboada 和 Jesse Delia 苦苦寻觅玻璃蛙如何让血红细胞消逝时，姚俊杰所在的工程团队也在努力寻觅如何让光声成像技术更好地为基础科研效劳。 这次协作再次证明：开放而互补的跨范畴学术协作，是推进科学展开和技术创新的原动力。 接下来，他们还将“乘胜追击”，继续探寻玻璃蛙的隐身奇妙，特别是它们在大量聚积血红细胞的状况下如何避免构成血栓，以及如何应用极低的氧气供给，来坚持肌体的活性而不会构成缺氧性损伤。 如能找到问题的答案，将增加我们关于这种神奇动物的新见解，并将助力于寻觅治疗人类常见疾病好比血栓和中风的新措施。 参考资料： 1.Taboada, C., Delia, J., Chen, M., Ma, C., Peng, X., Zhu, X., ... & Johnsen, S. (2022). Glassfrogs conceal blood in their liver to maintain transparency.Science, 378(6626), 1315-1320. |
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