Вы уже читали «Крутые факты о лягушках» и «Почему лягушки важны »? Еще до того, как я узнал, что амфибии тоже могут светиться в темноте, лягушки уже были сияющими звездами моего мира! Здесь я хотел бы поделиться с вами тем, как была обнаружена широко распространенная биофлуоресценция у амфибий, что именно это означает и как эта способность может быть полезна для этих животных, а также для нас.
На изображении выше рогатая лягушка Крэнвелла ( Ceratophrys cranwelli ) светится зеленым в свете возбуждения. Фотография Дженнифер Ю. Лэмб и Мэтью П. Дэвиса, Саламандры и другие земноводные светятся биофлуоресценцией .
Как была открыта биофлуоресценция у амфибий
Давным-давно (точнее, в 2020 году) два исследователя из Государственного университета Сент-Клауд в Миннесоте задались вопросом, могут ли земноводные обычно светиться при определенных типах света. Первой была доктор Дженнфир Лэмб, герпетолог, изучающая поведение, историю жизни и другие биологические аспекты амфибий и рептилий. Вторым был доктор Мэтью П. Дэвис, изучающий глубоководных рыб и то, как у них развились такие черты, как биолюминесценция, которые помогают им жить в темноте. На момент их открытия биофлуоресценция уже наблюдалась у других, как правило, водных животных, но на земноводных было проведено мало исследований по этой теме. Итак, когда они решили исследовать общность биофлуоресценции в этой группе , они были ошеломлены, узнав, насколько она широко распространена! Сначала они сосредоточились на взрослых саламандрах, но, увлеченно изучая другие группы и стадии жизни земноводных, обнаружили, что все они биофлуоресцируют!
Чтобы было ясно, это не означает, что вы сможете наблюдать, как лягушки мягко светятся в лунном свете, когда вы проходите мимо их пруда для размножения поздно ночью, потому что вам нужно специальное освещение и оборудование, чтобы наблюдать за этим явлением. К счастью для всех любителей лягушек и земноводных, у Лэмба и Дэвиса было не только необходимое оборудование для обнаружения биофлуоресценции, но также идея и ноу-хау для ее поиска!
Различные модели биофлуоресценции, наблюдаемые у саламандр. Изображение Дженнифер Ю. Лэмб и Мэтью П. Дэвиса, саламандры и другие амфибии светятся биофлуоресценцией. .
Биофлуоресценция – это повторное излучение света с другой длиной волны.
Биофлуоресценция — это не то же самое, что биолюминесценция, когда живые организмы на самом деле сами производят и излучают свет либо в результате какой-то внутренней химической реакции, либо, что реже, когда за них это делают бактериальные симбионты. Удильщики, медузы, светлячки и некоторые грибы, возможно, некоторые из существ, о которых вы слышали, могут это делать.
Биофлуоресценция возникает, когда живые организмы поглощают волны высокоэнергетического света , например, в синем или ультрафиолетовом диапазоне, а затем излучают его обратно с более низкими длинами волн , обычно в диапазоне красного, оранжевого или зеленого цветов. Чтобы лучше визуализировать разницу, представьте свет, который излучает светящаяся палочка, когда вы ломаете ее, чтобы вызвать химическую реакцию внутри (люминесценция), по сравнению с ярким сине-фиолетовым свечением, которое исходит от вашей белой футболки, когда вы счастливо танцуете. под ультрафиолетовым светом (флуоресценция).
Чтобы выявить биофлуоресцентные способности земноводных, Лэмб и Дэвис освещали животных фонариками, излучающими синий и ультрафиолетовый свет, при этом используя специальные фильтры, блокирующие весь свет, кроме флуоресцентного, излучаемого животными. В частности, при синем свете все исследованные ими земноводные излучали различные оттенки зеленого и желтого света разной интенсивности. Во многих случаях флуоресцентный свет исходил от ярких и четких пятен и полос, которые уже были видны нам при свете полного спектра; в других случаях животы ярко светились, а спины оставались темными; а в других случаях вспыхивала в основном область клоаки, как будто для того, чтобы привлечь сексуальное внимание любого потенциального партнера. Даже виды, которые казались тусклыми при полном спектральном освещении, излучали флуоресцентный свет. В целом ткань или вещество, вызывающее свечение под действием возбуждающего света, варьировалось от кожи до костей, от слизистых кожных выделений до мочи.
Таким образом, структурные или химические механизмы, вызывающие это явление, остаются неизвестными, что вызывает необходимость дальнейших исследований. Несмотря на это, наличие биофлуоресценции у широкого круга животных, которых они исследовали, предполагает, что эта черта развилась на раннем этапе в предках современных земноводных.
восточной тигровой саламандры ( Ambystoma tigrinum ) испускают зеленое свечение в синем свете. Фотография Дженнифер И. Лэмб и Мэтью П. Дэвиса. Саламандры и другие земноводные светятся биофлуоресценцией .
Почему биофлуоресценция может быть важна для земноводных
Лэмб и Дэвис предположили, что биофлуоресцентные признаки, которые они наблюдали у амфибий, могут играть ключевую роль в коммуникации и передаче сигналов между видами или внутри популяций. Чтобы проверить это, необходимо определить, развилась ли у земноводных глаз структурная чувствительность к собственной биофлуоресценции и подвергались ли земноводные когда-либо воздействию окружающего света, способствующего этому явлению в их естественной среде. Другие роли, которые биофлуоресценция может играть в повседневной жизни амфибий, — это апосематизм (предупреждающая окраска для защиты от потенциальных хищников), мимикрия или даже камуфляж.
Клоака мраморной саламандры (Ambystoma opacum) может ярко светиться, чтобы привлечь внимание потенциального партнера. Фотография Дженнифер Ю. Лэмб и Мэтью П. Дэвиса, с рисунка 1. Саламандры и другие земноводные светятся биофлуоресценцией .
Почему биофлуоресценция амфибий может быть важна для человека
Итак, лягушки и другие амфибии стали в моих глазах намного круче! Как отметили Лэмб и Дэвис, их биофлуоресцентные способности «проливают новый свет на то, как много еще нам предстоит узнать об этих удивительных позвоночных».
Исследователям уже известно, что лягушки производят десятки кожных выделений, обладающих антибиотическими, болеутоляющими и другими свойствами , представляющими большой фармацевтический интерес, и, возможно, еще сотни или тысячи таких веществ ждут своего открытия. Недавно были предложены пеноматериалы из лягушачьих гнезд
Теперь биофлуоресцентные белки и другие выделения или ткани земноводных могут иметь потенциал для новой истории медицины. В 2008 году Нобелевская премия мира по химии была присуждена трем исследователям, открывшим и разработавшим вещество, известное как зеленый флуоресцентный белок (ЗФБ) , который первоначально был выделен из медузы, а в настоящее время широко используется в качестве флуоресцентного маркера при исследованиях клеточное и системное функционирование живых организмов.
Могут ли лягушки производить или обладать биофлуоресцентным веществом, которое могло бы способствовать дальнейшему развитию методов медицинских исследований? Уже ведутся поиски различных биофлуоресцентных веществ в водных организмах, которые могли бы это делать (посмотрите специальный документальный фильм NOVA/National Geographic Creatures of Light ). Время покажет. Но, тем не менее, интересно предположить, что если возбуждающий свет окажется полезным для обнаружения мелких, скрытных видов земноводных в их среде обитания, биофлуоресценция может стать для биологов недорогим способом изучения и мониторинга биоразнообразия этих животных и, таким образом, важным инструментом для критического анализа. необходимые проекты по сохранению земноводных во всем мире.
Ультрафиолетовый свет использовался для проведения полевых исследований тропических древесных лягушек, в том числе этих южноамериканских древесных лягушек ( Boana punctata ). Фото предоставлено: Хорхе Энрике Гарсия Мело, Томпсон, Мэн, Сапорито, Р.А., Руис-Вальдеррама, Д.Х., Медина Рангель, Г.Ф., Доннелли, Массачусетс (2019). Полевые исследования флуоресценции тропических древесных лягушек с использованием светодиодного фонарика УФ-В. Заметки по герпетологии. 12. 987-990