科学家显示脊椎动物神异通明，助觅觅治疗人类血栓和中风的新办法
“全球 400 家媒体报导了那项神异的发现。关于我们那篇 Science 封面论文，学界反应强烈并充满着猎奇，它处理了持久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若何变得通明。而我们的研究揭开了那种从未被晓得的脊椎生物通明机造。”美国杜克大学生物医学工程系传授姚豪杰表达。
图 | 姚豪杰（来源：姚豪杰）
研究中，姚豪杰和协做者操纵全新的光学成像手艺光声显微镜（photoacoustic microscopy），对一种原产于南美洲热带雨林中的玻璃蛙（glassfrog）做了持久研究。
他们发现那种玻璃蛙在歇息时，能够“为所欲为”地将体内约 90% 的血红细胞隐躲在肝脏里，从而大大增加肌体通明度、以及遁藏捕食天敌的假装才能。
（来源：Science）
更神异的是，那种通过隐躲血红细胞来让身体变通明的办法，看上往是一品种似窒息的“他杀行为”，但它对玻璃蛙并未形成任何损害。在人类已知的生物里面，只要玻璃蛙拥有那种并世无双的“通明”超才能。
牛津大学纳菲尔德医学系首席研究员理查德·怀特（Richard White）博士对该工做赐与高度评判，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随便实现肌体通明，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通明的。因而那项新发现填补了范畴内常识空白，怀特评判称：“那其实是一项让人惊异的发现。一种为所欲为的隐身功用！”
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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）
助力觅觅治疗人类血栓和中风的新办法
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，而且具有很高的适用价值。需要特殊指出的是，玻璃蛙天天都能在歇息时将血红细胞高度浓缩在肝脏里，并在活动时将那些血红细胞敏捷释放到血液里，那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，课题组揣度玻璃蛙拥有一种特殊的心理功用，来制止那些高度浓缩的血红细胞在肝脏里面呈现凝血。
凝血，关于其他动物包罗人类都是致命性的进攻。于人类而言，它的呈现往往会在老年人中引起常见的血栓和中风。
假设进一步研究玻璃蛙的抗凝血机造，将有可能找到一种预防、治疗人类血栓和中风的有效办法，从而处理持久困扰医学界的相关难题。
另一方面，本次发现也为天然科学研究带来了一种全新的光声成像手艺。研究中，玻璃蛙需要处于特殊平静的情况，光声成像正好能够供给一种既无创、又灵敏的逃踪血红细胞的办法。
图 | 玻璃蛙中三维血管的 PAM 图像。（来源：Dr. Junjie Yao’s lab）
在成像的过程中，光声显微镜操纵微弱的激光照射玻璃蛙，血红细胞吸收那些激光光子后，会发出清晰可辨的超声信号。
超声信号不会给玻璃蛙带来骚乱，而且可被用于定量逃踪血红细胞的数量和位置。当玻璃蛙处于最天然的歇息形态时，也不会被成像过程打扰。
研究期间，该团队创造并优化了多项光声显微镜手艺，具备清晰、快速、有深度等优势，称心了玻璃蛙研究的苛刻成像要求。估量那项光声显微镜手艺，将为其他根底科学研究供给有力的东西。
近日，相关论文以《玻璃蛙将血液隐躲在肝脏中以连结通明度》（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）博士担任第一做者兼通信做者，杜克大学生物医学工程系传授姚豪杰担任配合通信做者。
（来源：Science）
当玻璃蛙远离家乡......
在天然界中，通明的生物组织是一种非常稀有的假装机造。那种通明的假装凡是需要复杂的构造和心理上的改变才气实现，关于人类领会诸多生物学的根底问题以及治疗临床疾病，也有很高的研究价值。
多年来，除了极个别特殊的通明组织好比眼睛的晶状体，科学家对组织的通明性知之甚少，亦不清晰组织若何让本身变得通明。关于包罗人类在内的所有脊椎动物而言，实现组织的通明可谓反常困难。
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卵白。那种红色的血红卵白能够大量吸收情况中的光线，从而让组织闪现出红色进而变得不通明。
事实上，科学家很早就重视到玻璃蛙的隐身才能，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。而玻璃蛙若何消弭血红细胞不断是个未解之谜。
担任此次论文配合通信做者的 Carlos Taboada 和 Jesse Delia 持久为该问题所困扰，于是他们找到姚豪杰所在的光声成像尝试室逃求搀扶帮助，以期解开玻璃蛙的血红细胞消逝之谜。
他们先通过已有的光声成像系统，确定玻璃蛙能够通过削减血红细胞来实现身体通明，而且那个过程是可反复的，对肌体功用没有任何损害。
然后，课题组开发三套光声显微镜系统，借此实现清晰、快速、有深度的成像，从而在差别时间和空间标准上，觅觅玻璃蛙的隐身法门。
通过大量的动物尝试，他们发现玻璃蛙能将体内约 90% 的血红细胞隐躲在肝脏里，进而大大进步身体的通明度。
该团队还操纵光声显微镜，研究了玻璃蛙差别器官在差别形态下的氧气赐与和消耗，从而解答了另一个重要的问题：玻璃蛙到底若何降低生体的新陈代谢，来共同本身的隐身形态。
接下来即是纷杂而严厉的比照研究。为加强此次发现的可信度，并表现关于其他物种的适应性，课题组停止了大量的比照参照尝试。
为此，他们引进其他青蛙品种，比照差别品种的青蛙在隐身上的才能。成果发现，玻璃蛙具备并世无双的才能，它对血红细胞的调剂才能远远强于其他近亲，因而拥有更强的隐身才能。那些比照试验足够阐明，关于血红细胞的调控——是玻璃蛙实现隐身的最重要因素。
让人食惊的是，虽然那些玻璃蛙远离家乡，并在尝试室培育提拔箱里停止繁育，但是它们仍然严厉遵照其祖先在热带雨林中养成的做息时间：白日睡觉，晚上活动。
此外，玻璃蛙喜好觅觅一片绿叶歇息，为此培育提拔箱内专门放有绿叶。当它们完全隐身时，就很难在培育提拔箱内看到它。所以有时在尝试前，还得认真翻找树叶往找它，如许研究人员花了很多时间。
（来源：Science）
总而言之，此次新发现是科学和手艺的完美连系。当论文配合通信做者 Carlos Taboada 和 Jesse Delia 苦苦觅觅玻璃蛙若何让血红细胞消逝时，姚豪杰所在的工程团队也在勤奋觅觅若何让光声成像手艺更好地为根底科研办事。
此次协做再次证明：开放而互补的跨范畴学术协做，是鞭策科学开展和手艺立异的原动力。
接下来，他们还将“乘胜逃击”，陆续探觅玻璃蛙的隐身奥秘，出格是它们在大量聚积血红细胞的情状下若何制止形成血栓，以及若何操纵极低的氧气赐与，来连结肌体的活性而不会形成缺氧性损伤。
如能找到问题的谜底，将增加我们关于那种神异动物的新观点，并将助力于觅觅治疗人类常见疾病好比血栓和中风的新办法。
参考材料：
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.