На зелёном листе спит лягушка, сквозь брюшко которой видны внутренние органы. Кажется, природа просто сделала ей прозрачную кожу. Но у этой идеи есть серьёзная помеха: внутри тела постоянно движется кровь. Даже совершенно прозрачная ткань не спрятала бы сеть сосудов, заполненных красными клетками. Стеклянная лягушка решает задачу неожиданным способом: на время отдыха она убирает большую часть эритроцитов из кровотока и прячет их в печени.
Это не фокус с освещением и не исчезновение крови. Учёные проследили, как клетки перемещаются внутри живого животного, а затем возвращаются обратно. Получилась история о маскировке, для которой недостаточно одного удачного цвета кожи.
Стеклянные лягушки живут в тропиках Америки. Название объединяет множество видов, но эксперимент, о котором пойдёт речь, проводили прежде всего с Hyalinobatrachium fleischmanni. Ночью эти небольшие земноводные активны, а днём отдыхают на растительности. Зелёная спина помогает слиться с листом; прозрачные ткани нижней стороны тела делают силуэт менее заметным на просвет.
Здесь важно различать прозрачность и невидимость. Глаза, кости и органы никуда не деваются. Лягушка не превращается в стеклянную фигурку, одинаково незаметную на любом фоне. Её устройство помогает скрываться в определённой обстановке: на зелёной растительности, сквозь которую проходит свет.
Чтобы свет прошёл через животное, его должно как можно меньше поглотиться и рассеяться. Между тем тело состоит из клеток, волокон, нервов и других неоднородных структур. У позвоночных к ним добавляется особенно заметная помеха: эритроциты с гемоглобином. Именно гемоглобин переносит кислород и хорошо поглощает свет, в том числе в зелёной части спектра. Убрать красные клетки из вида гораздо труднее, чем просто не вырабатывать тёмный пигмент в коже.
Подсказку дали наблюдения за живыми животными. У спокойно отдыхающей лягушки в сосудах было заметно мало эритроцитов. Стоило её потревожить, как красные клетки возвращались в кровоток. Когда животное успокаивалось, они снова исчезали из наблюдаемого участка. Значит, прозрачность была не постоянным свойством, а состоянием, которое менялось вместе с активностью.
Карлос Табоада, Джесси Делия и их коллеги сравнивали одних и тех же лягушек во сне, в бодрствовании, после движения и под наркозом. Фотографии и измерения проходящего через тело света подтвердили: во время отдыха животные действительно прозрачнее. Это была не только субъективная оценка исследователя, которому одна фотография показалась удачнее другой.
Но наблюдать исчезновение клеток из лапки или брюшка недостаточно. Нужно найти место, куда они уходят. Исследователи подозревали печень, однако обычный взгляд через прозрачную кожу не позволял проверить догадку: некоторые внутренние органы покрыты отражающими оболочками с кристаллами гуанина. Получается любопытный парадокс: прозрачное животное умеет прятать содержимое отдельных органов.
Разобраться помогла фотоакустическая визуализация. В упрощённом виде принцип такой: короткий световой импульс поглощается веществом, возникает очень небольшое быстрое расширение, а оно создаёт ультразвуковую волну. Прибор регистрирует этот отклик и позволяет восстановить, откуда он пришёл. Свет используется для возбуждения сигнала, звук — для его обнаружения.
Гемоглобин подходит для такой задачи, потому что сам поглощает свет. Не нужно вводить краситель, чтобы сделать эритроциты заметными. Это особенно важно здесь: вмешательство, стресс и даже наркоз способны изменить распределение клеток. Если сначала нарушить нужное состояние лягушки, а потом подробно его изучить, ответ получится о другом состоянии.
Метод позволил наблюдать спящих животных и заглянуть туда, где обычная оптика не давала нужной картины. На полученных изображениях видно не «фотографию крови» в привычном смысле, а пространственное распределение сигнала, связанного с гемоглобином. Цвета таких изображений условные: они помогают различать измеряемые параметры.
В работе, опубликованной в Science в декабре 2022 года, учёные показали: отдыхающие лягушки убирают из циркуляции около 89% эритроцитов и собирают их в печени. Когда животное становится активным, клетки снова поступают в сосуды. После отдыха цикл повторяется.
Обратите внимание на слово «эритроциты». Фраза «лягушка прячет 90% крови» звучит эффектно, но искажает результат. Кровь состоит не только из красных клеток: есть жидкая плазма и другие компоненты. Исследование касается прежде всего перераспределения эритроцитов, а не опустошения почти всей кровеносной системы.
Отражающая оболочка печени помогает скрыть собранные клетки. Вместо множества заметных сосудов по всему телу возникает ограниченное хранилище в области уже непрозрачного органа. Это не исчезновение поглощающего свет вещества, а его перераспределение. На уровне оптики разница огромна: важен не только состав тела, но и то, где именно находятся его части.
Самая интересная часть открытия одновременно остаётся одной из наименее понятных. Плотное скопление клеток и замедление их движения у позвоночных могут быть связаны с риском патологического свёртывания. Лягушки же регулярно упаковывают и выпускают эритроциты без наблюдаемых последствий такого рода.
Но отсюда не следует, что их кровь вообще не способна свёртываться или что найдено готовое средство от тромбоза. Свёртывание необходимо, например, для остановки кровотечения. Научный вопрос состоит в другом: как животное переносит необычное хранение клеток и сохраняет возможность вернуть их в нормальное обращение? Нужно выяснить конкретные механизмы, прежде чем говорить о медицинском применении.
Есть и второй вопрос: как поддерживается снабжение тканей кислородом, когда значительная часть его переносчиков временно выведена из циркуляции? Во время покоя потребности организма отличаются от потребностей при движении, но одного этого общего соображения недостаточно для полного ответа. Не стоит заменять пробел в знаниях красивой догадкой.
В этой истории необычно не только само животное, но и способ исследования. Чтобы понять прозрачность, пришлось отказаться от привычной идеи «раз видно насквозь, достаточно посмотреть» и соединить биологию, оптику и акустику. Стеклянная лягушка оказалась не пассивно прозрачной: она управляет тем, что мешает свету проходить через её тело.
Франция граничит с Бразилией, рыбы пересекают водораздел двух океанов, а страна дома определяется по входной…
Как воздушный пузырь серебрянки получает кислород из воды и почему пауку всё равно приходится всплывать.
Как деревянную церковь 1912 года подняли на транспортёры и перевезли на пять километров. Шахта под…
Знаменитая хроника показывает катастрофу, но не объясняет её. Как ветер и гибкое полотно создали опасную…
Радиевую краску считали безопасной, пока работницы фабрик не начали тяжело болеть. Как физик Элизабет Хьюз…
Потёртые камни и обломки мидий позволяют восстановить привычки морских выдр. Как учёные отличают их обеденные…
