神奇透明术相关

充满血红细胞的玻璃蛙如何变透明？科学家揭示脊椎动物“神奇透明术”，助力寻找治疗人类血栓和中风的新方法

“全球 400 家媒体报道了这项神奇的发现。对于我们这篇 Science 封面论文，学界反响强烈并充满着好奇，它解决了长期以来困扰科学家的一个问题：充满血红细胞的脊椎动物到底如何变得透明。而我们的研究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表示。图 | 姚俊杰（来源：）研究中，和合作者利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）做了长期研究。他们发现这种玻璃蛙在休息时，可以“随心所欲”地将体内约 90% 的血红细胞隐藏在肝脏里，从而大大增加肌体透明度、以及躲避捕食天敌的伪装能力。（来源：Science）更神奇的是，这种通过隐藏血红细胞来让身体变透明的方法，看上去是一种类似窒息的“自杀行为”，但它对玻璃蛙并未造成任何伤害。在人类已知的生物里面，只有玻璃蛙拥有这种独一无二的“透明”超能力。视频 | 玻璃蛙血流动力学的光声视频。玻璃蛙实时运动后恢复的高速光声想象，显示当青蛙入睡时，循环红细胞减少，肝脏中红细胞堆积出现增加。视频覆盖了体腔的大部分，插图突出了各个器官（来源：Science）牛津大学纳菲尔德医学系首席研究员理查德·怀特（）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。他认为一般的水生生物更容易实现肌体透明，因为它们不需要大量的血红细胞。而陆生脊椎动物是极其难以实现透明的。因此这项新发现填补了领域内知识空白，评价称：“这实在是一项让人惊奇的发现。一种随心所欲的隐身功能！”图 | 玻璃蛙体内红细胞分布和氧合的 PAM 图像。光声显微镜图像显示玻璃蛙在睡觉和麻醉下循环红细胞（这打破了血液储存）。配色方案显示了血红蛋白与氧结合的百分比（红色表示高氧合，绿色表示低氧合）（来源：Dr. Junjie Yao’s lab）助力寻找治疗人类血栓和中风的新方法同时，此次发现将对生物进化理论和组织生物学产生深远影响，并且具有很高的实用价值。需要特别指出的是，玻璃蛙每天都能在休息时将血红细胞高度浓缩在肝掌里，并在活动时将这些血红细胞迅速释放到血液里，这种高度动态的红细胞收放功能为玻璃蛙所独有，目前人们从未在其他生物里发现过。因此，课题组推测玻璃蛙拥有一种独特的生理功能，来避免这些高度浓缩的血红细胞在肝脏里面出现凝血。凝血，对于其他动物包括人类都是致命性的攻击。于人类而言，它的出现往往会在老年人中引起常见的血栓和中风。如果进一步研究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方法，从而解决长期困扰医学界的相关难题。另一方面，本次发现也为自然科学研究带来了一种全新的光声成像技术。研究中，玻璃蛙需要处于特别安静的环境，光声成像正好可以提供一种既无创、又灵敏的追踪血红细胞的方法。图 | 玻璃蛙中三维血管的 PAM 图像。光声显微镜图像显示麻醉下玻璃蛙内的循环红细胞，配色方案显示红细胞和相关血管的深度（黄色表示较浅的血管，红色表示较深的血管）（来源：Dr. Junjie Yao’s lab）在成像的过程中，光声显微镜利用微弱的激光照射玻璃蛙，血红细胞吸收这些激光光子后，会发出清晰可辨的超声信号。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。研究期间，该团队发明并优化了多项光声显微镜技术，具备清晰、快速、有深度等优势，满足了玻璃蛙研究的苛刻成像要求。预计这项光声显微镜技术，将为其他基础科学研究提供有力的工具。近日，相关论文以《玻璃蛙将血液隐藏在肝脏中以保持透明度》（）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（）、杜克大学生物医学工程系杰西·迪莉娅（）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罕见的伪装机制。这种透明的伪装通常需要复杂的结构和生理上的变化才能实现，对于人类了解诸多生物学的基础问题以及治疗临床疾病，也有很高的研究价值。多年来，除了极个别特殊的透明组织比如眼睛的晶状体，科学家对组织的透明性知之甚少，亦不清楚组织如何让自己变得透明。对于包括人类在内的所有脊椎动物而言，实现组织的透明可谓异常困难。原因在于脊椎动物需要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可以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，科学家很早就注意到玻璃蛙的隐身能力，但却无法破译它们实现隐身的奥秘。在脊椎动物中，红色的血红细胞是肌体最重要的吸光成分。而玻璃蛙如何消除血红细胞