Avete già letto l' "Fantastiche curiosità sulle rane" e "Perché le rane sono importanti "? Anche prima di scoprire che anche gli anfibi possono brillare al buio, le rane erano già le stelle luminose del mio mondo! Qui vorrei condividere con voi come è stata scoperta la biofluorescenza diffusa negli anfibi, cosa significa esattamente e come questa capacità possa essere utile a questi animali, così come a noi.
Nell'immagine sopra, la rana cornuta di Cranwell ( Ceratophrys cranwelli ) si illumina di verde sotto la luce di eccitazione. Foto di Jennifer Y. Lamb e Matthew P. Davis, da Salamandre e altri anfibi sono illuminati dalla biofluorescenza .
Come è stata scoperta la biofluorescenza negli anfibi
C'era una volta (o più precisamente nel 2020) due ricercatori della St. Cloud State University, in Minnesota, che si chiesero se gli anfibi potessero comunemente brillare sotto determinati tipi di luce. Il primo era la Dott.ssa Jennfier Lamb, un'erpetologa che studia il comportamento, la storia biologica e altri aspetti biologici di anfibi e rettili. Il secondo era il Dott. Matthew P. Davis, che studia i pesci di profondità e come hanno evoluto tratti, come la bioluminescenza, per aiutarli a vivere al buio. Al momento della loro scoperta, la biofluorescenza era già stata osservata in altri animali, generalmente acquatici, ma poca indagine sull'argomento era stata condotta sugli anfibi. Così, quando decisero di indagare sulla comunanza della biofluorescenza in quel gruppo , rimasero sbalorditi nello scoprire quanto fosse diffusa! Inizialmente, si concentrarono sulle salamandre adulte, ma esaminando con entusiasmo altri gruppi e fasi vitali di anfibi, scoprirono che tutti presentavano biofluorescenza!
Per essere chiari, questo non significa che potrete ammirare le rane che brillano dolcemente al chiaro di luna mentre passate davanti al loro laghetto di riproduzione a tarda notte, perché per osservare il fenomeno sono necessarie luci e attrezzature speciali. Fortunatamente per gli amanti di rane e anfibi di tutto il mondo, Lamb e Davis non solo avevano l'attrezzatura giusta per rilevare la biofluorescenza, ma anche l'idea e il know-how per cercarla!
Diversi modelli di biofluorescenza osservati nelle salamandre. Immagine di Jennifer Y. Lamb e Matthew P. Davis, in Salamandre e altri anfibi sono illuminati dalla biofluorescenza..
La biofluorescenza è la ri-irradiazione della luce a una lunghezza d'onda diversa
non è la stessa cosa della bioluminescenza, che si verifica quando gli organismi viventi producono ed emettono luce autonomamente, attraverso una sorta di reazione chimica interna o, più raramente, quando i simbionti batterici lo fanno per loro. Rane pescatrici, meduse, lucciole e alcuni funghi sono forse alcune delle creature di cui avete sentito parlare.
La biofluorescenza si verifica quando gli organismi viventi assorbono onde di alta energia , ad esempio nella gamma del blu o dell'ultravioletto, e poi le irradiano a lunghezze d'onda più basse , solitamente nelle gamme del rosso, dell'arancione o del verde. Per visualizzare meglio la differenza, immagina la luce emessa da un bastoncino luminoso quando lo rompi per innescare una reazione chimica al suo interno (luminescenza), rispetto al bagliore blu-viola intenso che irradia dalla tua maglietta bianca quando balli allegramente sotto una luce ultravioletta (fluorescenza).
Per rivelare le capacità biofluorescenti degli anfibi, Lamb e Davis hanno puntato sugli animali delle torce che emettevano luce blu e ultravioletta, utilizzando filtri speciali per bloccare tutta la luce emessa dagli animali, tranne quella fluorescente. In particolare, sotto la luce blu, tutti gli anfibi esaminati emettevano vari schemi di luce dal verde al giallo di diversa intensità. In molti casi, la luce fluorescente proveniva da macchie e strisce luminose e marcate, già visibili alla luce a spettro completo; in altri casi, i ventri brillavano intensamente mentre i dorsi rimanevano scuri; e in altri ancora, era principalmente la regione cloacale a brillare, come per attirare l'attenzione sessuale di un potenziale compagno. Persino le specie che apparivano opache alla luce a spettro completo emanavano una sorta di bagliore fluorescente. Nel complesso, il tessuto o la sostanza che dava origine a un bagliore sotto la luce di eccitazione variava dalla pelle, alle ossa, alle secrezioni cutanee simili a muco, all'urina.
Pertanto, i meccanismi strutturali o chimici che causano il fenomeno rimangono sconosciuti, il che rende necessarie ulteriori ricerche. In ogni caso, la presenza di biofluorescenza nell'ampia gamma di animali esaminati suggerisce che il tratto si sia evoluto precocemente nell'antenato degli anfibi moderni.
di una salamandra tigre orientale ( Ambystoma tigrinum ) emanano un bagliore verde sotto la luce blu. Foto di Jennifer Y. Lamb e Matthew P. Davis da Salamandre e altri anfibi sono illuminati dalla biofluorescenza .
Perché la biofluorescenza potrebbe essere importante per gli anfibi
Lamb e Davis hanno ipotizzato che i tratti biofluorescenti osservati negli anfibi possano svolgere un ruolo chiave nella comunicazione e nella segnalazione tra specie o all'interno delle popolazioni. Per verificarlo, è necessario determinare se gli occhi degli anfibi abbiano sviluppato o meno una sensibilità strutturale alla propria biofluorescenza e se gli anfibi siano mai esposti ai tipi di luce ambientale che favoriscono questo fenomeno nei loro ambienti naturali. Altri ruoli che la biofluorescenza potrebbe svolgere nella vita quotidiana degli anfibi sono quelli dell'aposematismo (una colorazione di avvertimento per allontanare potenziali predatori), del mimetismo o persino del mimetismo.
La cloaca della salamandra marmorizzata (Ambystoma opacum) potrebbe brillare intensamente per attirare l'attenzione di un potenziale compagno. Foto di Jennifer Y. Lamb e Matthew P. Davis, dalla Figura 1 in Salamandre e altri anfibi sono illuminati dalla biofluorescenza .
Perché la biofluorescenza degli anfibi potrebbe essere importante per gli esseri umani
Quindi, rane e altri anfibi sono diventati molto più interessanti ai miei occhi! Come hanno sottolineato Lamb e Davis, le loro capacità biofluorescenti "fanno luce su quanto ancora dobbiamo imparare su questi affascinanti vertebrati".
I ricercatori sanno già che le rane producono decine di secrezioni cutanee dotate di proprietà antibiotiche, analgesiche e tipo di grande interesse farmaceutico, e forse centinaia o migliaia di altre di queste sostanze attendono di essere scoperte. Recentemente, le schiume dei nidi di rana sono state suggerite come agenti naturali, stabili e biocompatibili che potrebbero rivelarsi utili come sistemi di somministrazione topica di farmaci per l'uomo.
Ora, le proteine biofluorescenti e altre secrezioni o tessuti degli anfibi potrebbero avere il potenziale per scrivere una nuova storia della medicina. Nel 2008, il Premio Nobel per la Pace per la Chimica è stato assegnato a tre ricercatori che hanno scoperto e sviluppato una sostanza nota come Proteina Fluorescente Verde (GFP) , inizialmente isolata da una medusa e ora ampiamente utilizzata come marcatore fluorescente durante la ricerca sul funzionamento cellulare e sistemico degli organismi viventi.
Le rane potrebbero produrre o possedere una sostanza biofluorescente che potrebbe ulteriormente far progredire queste tecniche di ricerca medica? La ricerca di diverse sostanze biofluorescenti negli organismi acquatici che potrebbero fare proprio questo è già in corso (guardate questo documentario speciale di NOVA/National Geographic " Creatures of Light "). Solo il tempo ce lo dirà. Ma è comunque entusiasmante pensare che se la luce di eccitazione si rivelasse utile per individuare piccole e riservate specie di anfibi nei loro ambienti, la biofluorescenza potrebbe diventare un modo economico per i biologi di esaminare e monitorare la biodiversità di questi animali, e quindi uno strumento importante per progetti di conservazione degli anfibi di fondamentale importanza in tutto il mondo.
La luce UV è stata utilizzata per condurre uno studio sul campo sulle rane arboricole tropicali, comprese queste rane arboricole sudamericane ( Boana punctata ). Crediti fotografici: Jorge Enrique García Melo, a Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). Un'indagine sul campo della fluorescenza nelle rane arboricole tropicali utilizzando una torcia LED UV-B. Herpetology Notes. 12. 987-990