Вы уже читали статью « Интересные факты о лягушках» и «Почему лягушки важны »? Еще до того, как я узнала, что земноводные тоже могут светиться в темноте, лягушки уже были сияющими звездами моего мира! Здесь я хотела бы рассказать вам о том, как была обнаружена широко распространенная биофлуоресценция у земноводных, что это значит и как эта способность может быть полезна как для этих животных, так и для нас.
На изображении выше рогатая лягушка Крэнвелла ( Ceratophrys cranwelli ) светится зеленым светом под воздействием возбуждающего света. Фотография Дженнифер Й. Ламб и Мэтью П. Дэвиса из статьи «Саламандры и другие амфибии светятся биофлуоресценцией» .
Как была обнаружена биофлуоресценция у амфибий
Жили-были (точнее, в 2020 году) два исследователя из Университета штата Сент-Клауд в Миннесоте, которые задались вопросом, могут ли амфибии часто светиться под определенными типами света. Первым был доктор Дженнифер Ламб, герпетолог, изучающий поведение, жизненный цикл и другие биологические аспекты амфибий и рептилий. Вторым был доктор Мэтью П. Дэвис, изучающий глубоководных рыб и то, как у них развились такие признаки, как биолюминесценция, помогающие им жить в темноте. На момент их открытия биофлуоресценция уже наблюдалась у других, в основном водных животных, но исследования по этой теме у амфибий проводились крайне редко. Поэтому, когда они решили изучить распространенность биофлуоресценции в этой группе , они были поражены, обнаружив, насколько она широко распространена! Сначала они сосредоточились на взрослых саламандрах, но, с интересом изучив другие группы и стадии развития амфибий, обнаружили, что все они обладают биофлуоресценцией!
Чтобы было понятно, это не значит, что вы сможете наблюдать мягкое свечение лягушек в лунном свете, проходя мимо их пруда поздним вечером, потому что для наблюдения за этим явлением необходимы специальное освещение и оборудование. К счастью для всех любителей лягушек и амфибий, у Лэмба и Дэвиса было не только необходимое оборудование для обнаружения биофлуоресценции, но и идея, а также знания, как её искать!
Различные паттерны биофлуоресценции наблюдаются у саламандр. Изображение Дженнифер Й. Ламб и Мэтью П. Дэвиса, в статье « Саламандры и другие амфибии светятся биофлуоресценцией»..
Биофлуоресценция — это переизлучение света на другой длине волны
Биофлуоресценция — это не то же самое, что биолюминесценция, то есть явление, при котором живые организмы сами производят и излучают свет, либо посредством какой-либо внутренней химической реакции, либо, реже, когда это делают за них бактериальные симбионты. Рыбы-удильщики, медузы, светлячки и некоторые грибы — это, пожалуй, те существа, о которых вы слышали, что они способны на это.
Биофлуоресценция возникает, когда живые организмы поглощают высокоэнергетические световые волны , например, в синем или ультрафиолетовом диапазоне, а затем излучают их обратно в более низком диапазоне длин волн , обычно в красном, оранжевом или зеленом. Чтобы лучше представить разницу, сравните свет, который излучает светящаяся палочка, когда вы ее разламываете, чтобы вызвать химическую реакцию внутри (люминесценция), с ярким сине-фиолетовым свечением вашей белой футболки, когда вы весело танцуете под ультрафиолетовым светом (флуоресценция).
Чтобы выявить биофлуоресцентные способности амфибий, Лэмб и Дэвис направляли на животных синие и ультрафиолетовые фонарики, используя специальные фильтры, блокирующие весь флуоресцентный свет, кроме самого излучения животных. В частности, под синим светом все исследованные ими амфибии излучали различные узоры 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 полном спектре света; в других случаях ярко светились брюхи, в то время как спины оставались темными; а в третьих случаях в основном светилась клоакальная область, как будто для привлечения сексуального внимания потенциального партнера. Даже виды, которые казались тусклыми при полном спектре света, излучали какой-либо флуоресцентный свет. В целом, ткань или вещество, вызывающее свечение под возбуждающим светом, варьировались от кожи до костей, от слизистых выделений кожи до мочи.
Таким образом, структурные или химические механизмы, вызывающие это явление, остаются неизвестными, что обуславливает необходимость дальнейших исследований. Тем не менее, наличие биофлуоресценции у широкого круга исследованных животных предполагает, что этот признак развился на ранних этапах эволюции современных амфибий.
восточной тигровой саламандры ( Ambystoma tigrinum ) светятся зеленым светом под синим освещением. Фото Дженнифер Й. Ламб и Мэтью П. Дэвиса из статьи «Саламандры и другие амфибии светятся биофлуоресценцией» .
Почему биофлуоресценция может быть важна для амфибий
Лэмб и Дэвис выдвинули гипотезу, что наблюдаемые ими биофлуоресцентные признаки у амфибий могут играть ключевую роль в коммуникации и передаче сигналов между видами или внутри популяций. Для подтверждения этого необходимо определить, развилась ли у глаз амфибий структурная чувствительность к собственной биофлуоресценции, и подвергаются ли амфибии воздействию окружающего света, благоприятствующего этому явлению в их естественной среде обитания. Другие роли, которые биофлуоресценция может играть в повседневной жизни амфибий, включают апосематизм (предупреждающая окраска для отпугивания потенциальных хищников), мимикрию или даже камуфляж.
Клоака мраморной саламандры (Ambystoma opacum) может ярко светиться, чтобы привлечь внимание потенциального партнера. Фотография Дженнифер Й. Ламб и Мэтью П. Дэвиса, рисунок 1 в статье « Саламандры и другие амфибии светятся биофлуоресценцией» .
Почему биофлуоресценция амфибий может быть важна для человека
Так что лягушки и другие земноводные стали для меня намного круче! Как отметили Лэмб и Дэвис, их способность к биофлуоресценции «проливает новый свет на то, как много нам еще предстоит узнать об этих удивительных позвоночных».
Исследователям уже известно, что лягушки вырабатывают десятки кожных выделений, обладающих антибиотическими, анальгетическими и другими свойствами, представляющими большой фармацевтический интерес, и, возможно, сотни или тысячи других таких веществ ждут своего открытия. Недавно пена из лягушачьих гнезд была предложена в качестве природного, стабильного и биосовместимого вещества, которое могло бы хорошо служить в качестве мягких систем местной доставки лекарственных средств для человека.
Теперь биофлуоресцентные белки и другие секреты или ткани амфибий потенциально могут войти в историю медицины. В 2008 году Нобелевская премия мира по химии была присуждена трем исследователям, которые открыли и разработали вещество, известное как зеленый флуоресцентный белок (GFP) , первоначально выделенный из медузы и в настоящее время широко используемый в качестве флуоресцентного маркера в исследованиях клеточного и системного функционирования живых организмов.
Может ли лягушка производить или обладать биофлуоресцентным веществом, которое могло бы способствовать дальнейшему развитию медицинских методов исследования? Уже ведутся поиски различных биофлуоресцентных веществ в водных организмах, которые могли бы это сделать (посмотрите этот специальный документальный фильм NOVA/National Geographic « Существа света »). Время покажет. Но тем не менее, интересно подумать о том, что если возбуждающий свет окажется полезным для обнаружения мелких, скрытных видов амфибий в их среде обитания, биофлуоресценция может стать недорогим способом для биологов изучать и отслеживать биоразнообразие этих животных и, таким образом, важным инструментом для крайне необходимых проектов по сохранению амфибий во всем мире.
Ультрафиолетовое излучение использовалось для проведения полевого исследования тропических древесных лягушек, включая южноамериканских древесных лягушек ( Boana punctata ). Фото: Хорхе Энрике Гарсия Мело, Томпсон, Мэн, Сапорито, Р.А., Руис-Вальдеррама, Д.Х., Медина Ранхель, Г.Ф., Доннелли, Массачусетс (2019). Полевое исследование флуоресценции у тропических древесных лягушек с использованием светодиодного УФ-В фонарика. Заметки по герпетологии. 12. 987-990