Hai già letto l' Cool Frog Facts e Perché le rane sono importanti ? Ancor prima che imparassi che anche gli anfibi possono brillare al buio, le rane erano già le stelle splendenti del mio mondo! Qui, vorrei condividere con voi come è stata scoperta la diffusa biofluorescenza negli anfibi, esattamente cosa significa e come questa capacità può essere utile a quegli animali, oltre che 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, di Salamanders e altri anfibi brillano di biofluorescenza .

Come è stata scoperta la biofluorescenza negli anfibi

C'erano una volta (o più precisamente nel 2020) due ricercatori della St. Cloud State University, nel Minnesota, che si chiedevano se gli anfibi potessero comunemente brillare sotto certi tipi di luce. Il primo è stato il dottor Jennfier Lamb, un erpetologo che studia il comportamento, la storia della vita e altri aspetti biologici di anfibi e rettili. Il secondo è stato il dottor Matthew P. Davis, che studia i pesci di acque profonde e come hanno sviluppato tratti, come la bioluminescenza, per aiutarli a vivere nell'oscurità. Al momento della loro scoperta, la biofluorescenza era già stata osservata in altri animali, generalmente acquatici, ma sugli anfibi erano state fatte poche esplorazioni sull'argomento. Quindi, quando hanno deciso di indagare sulla comunanza della biofluorescenza in quel gruppo , sono rimasti sbalorditi nello scoprire quanto fosse diffusa! All'inizio si sono concentrati sulle salamandre adulte, ma mentre esaminavano in modo entusiasmante altri gruppi e stadi di vita degli anfibi, hanno scoperto che erano tutti biofluorescenti!

Per essere chiari, questo non significa che sarai in grado di assistere alle rane che brillano dolcemente al chiaro di luna mentre passi davanti al loro stagno di riproduzione a tarda notte, perché hai bisogno di illuminazione e attrezzature speciali per osservare il fenomeno. Fortunatamente per gli amanti delle rane e degli anfibi di tutto il mondo, Lamb e Davis non solo avevano l'attrezzatura giusta per rilevare la biofluorescenza, ma avevano 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 Salamanders e altri anfibi brillano di biofluorescenza .

La biofluorescenza è la ri-irradiazione della luce a una diversa lunghezza d'onda

non è la stessa cosa della bioluminescenza, che è quando gli organismi viventi effettivamente producono ed emettono luce da soli, o attraverso una sorta di reazione chimica interna, o più raramente, quando i simbionti batterici lo fanno per loro. Rana pescatrice, meduse, lucciole e alcuni funghi sono forse alcune delle creature che hai sentito possono fare questo.

La biofluorescenza si verifica quando gli organismi viventi assorbono onde di luce alta , ad esempio nella gamma blu o ultravioletta, e quindi la irradiano a lunghezze d'onda inferiori , solitamente nelle gamme di rosso, arancione o verde. Per visualizzare meglio la differenza, immagina la luce emessa da un bastoncino luminoso quando lo rompi per innescare una reazione chimica all'interno (luminescenza), rispetto al brillante bagliore blu-viola che si 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 torce che emettono luce blu e ultravioletta sugli animali, utilizzando filtri speciali per bloccare tutto tranne la luce fluorescente che gli animali irradiavano. In particolare sotto la luce blu, tutti gli anfibi esaminati emettevano vari modelli di luce dal verde al giallo di diverse intensità. In molti casi, la luce fluorescente proveniva da punti e strisce luminosi e audaci che ci erano già visibili sotto la luce a spettro completo; in altri casi le pance brillavano mentre i dorsi rimanevano scuri; e in altri casi ancora, era soprattutto la regione cloacale a risplendere, come per attirare l'attenzione sessuale di un potenziale compagno. Anche le specie che apparivano opache sotto la luce a spettro completo emanavano una sorta di lucentezza fluorescente. Nel complesso, il tessuto o la sostanza che ha dato 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, suscitando la necessità di ulteriori ricerche. Indipendentemente da ciò, la presenza di biofluorescenza nell'ampia gamma di animali che hanno esaminato suggerisce che il tratto si è evoluto presto all'interno della discendenza 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 di Salamanders e altri anfibi brillano di 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 le specie o all'interno delle popolazioni. Per verificarlo, è necessario determinare se gli occhi degli anfibi hanno sviluppato o meno una sensibilità strutturale alla propria biofluorescenza e se gli anfibi sono 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 camuffamento.

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 Salamanders e altri anfibi brillano di biofluorescenza .

Perché la biofluorescenza degli anfibi potrebbe essere importante per l'uomo

Quindi, le rane e altri anfibi sono diventati molto più interessanti ai miei occhi! Come hanno sottolineato Lamb e Davis, le loro capacità biofluorescenti "fanno una nuova luce su quanto ancora dobbiamo imparare su questi affascinanti vertebrati".

I ricercatori sono già consapevoli del fatto che le rane producono dozzine di secrezioni cutanee che hanno 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 fungere da sistemi di somministrazione topica di farmaci per l'uomo.

Ora, le proteine biofluorescenti e altre secrezioni o tessuti di anfibi potrebbero avere il potenziale per creare una nuova storia medica. 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 Green Fluorescent Protein (GFP) , inizialmente isolata da una medusa, e ora ampiamente utilizzata come marcatore fluorescente durante la ricerca su il funzionamento cellulare e sistemico degli organismi viventi.

Le rane potrebbero produrre o possedere una sostanza biofluorescente che potrebbe far progredire ulteriormente quelle tecniche di ricerca medica? La ricerca è già in corso per diverse sostanze biofluorescenti negli organismi acquatici che potrebbero proprio fare questo (guarda questo documentario speciale NOVA/National Geographic Creatures of Light ). Solo il tempo lo dirà. Ma è comunque interessante considerare che se la luce di eccitazione si rivela utile per rilevare piccole specie di anfibi segrete nei loro ambienti, la biofluorescenza può diventare un modo economico per i biologi di esaminare e monitorare la biodiversità di questi animali, e quindi uno strumento importante per criticamente- necessari progetti di conservazione degli anfibi in tutto il mondo.