ไบโอฟลูออเรสเซนต์ในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก

คุณได้อ่าน Cool Frog Facts หรือยัง ทำไมกบถึงสำคัญ ? ก่อนที่ฉันจะได้เรียนรู้ว่าสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำสามารถเรืองแสงได้ในความมืด กบก็เป็นดาวที่ส่องแสงในโลกของฉันอยู่แล้ว! ในที่นี้ ผมอยากแบ่งปันกับคุณว่าการค้นพบสารเรืองแสงทางชีวภาพอย่างแพร่หลายในสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกมีความหมายอย่างไร และความสามารถดังกล่าวมีประโยชน์ต่อสัตว์เหล่านั้นรวมทั้งพวกเราอย่างไร

ในภาพด้านบน กบเขาของแครนเวลล์ ( Ceratophrys cranwelli ) จะเรืองแสงเป็นสีเขียวภายใต้แสงกระตุ้น ภาพถ่ายโดย Jennifer Y. Lamb และ Matthew P. Davis จาก สะเทินน้ำสะเทินบก อื่นๆ เปล่งประกายด้วยสารเรืองแสงชีวภาพ

การค้นพบสารเรืองแสงทางชีวภาพในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำได้อย่างไร

กาลครั้งหนึ่งนานมาแล้ว (หรือโดยเจาะจงในปี 2020) มีนักวิจัยสองคนที่ประจำอยู่ที่ St. Cloud State University ในมินนิโซตา ซึ่งถามตัวเองว่าสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำมักจะเรืองแสงได้ภายใต้แสงบางประเภทหรือไม่ คนแรกคือ Dr. Jennfier Lamb นักสัตววิทยาผู้ศึกษาพฤติกรรม ประวัติชีวิต และแง่มุมทางชีววิทยาอื่นๆ ของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำและสัตว์เลื้อยคลาน คนที่สองคือ ดร. แมทธิว พี. เดวิส ผู้ศึกษาปลาทะเลน้ำลึก และวิธีที่พวกมันวิวัฒนาการลักษณะต่างๆ เช่น การเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิต เพื่อช่วยให้พวกมันใช้ชีวิตในความมืดได้ ในช่วงเวลาของการค้นพบนั้น มีการสังเกตการเรืองแสงทางชีวภาพในสัตว์น้ำอื่นๆ โดยทั่วไปแล้ว แต่มีการสำรวจเพียงเล็กน้อยในหัวข้อนี้กับสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก ดังนั้น เมื่อพวกเขาตัดสินใจที่จะ ตรวจสอบความธรรมดาของไบโอฟลูออเรสเซนซ์ในกลุ่มนั้น พวกเขาก็ต้องตกตะลึงเมื่อพบว่ามันแพร่หลายมากเพียงใด! ในตอนแรก พวกเขามุ่งเน้นไปที่ซาลาแมนเดอร์ที่โตเต็มวัย แต่เมื่อพวกเขาตรวจสอบกลุ่มอื่นๆ และช่วงชีวิตของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอย่างน่าตื่นเต้น พวกเขาพบว่าพวกมันทั้งหมดมีการเรืองแสงทางชีวภาพ!

เพื่อความชัดเจน นี่ไม่ได้หมายความว่าคุณจะเห็นกบส่องแสงอ่อนๆ ใต้แสงจันทร์ขณะที่คุณเดินผ่านบ่อผสมพันธุ์ของพวกมันในคืนหนึ่ง เพราะคุณต้องการแสงและอุปกรณ์พิเศษเพื่อสังเกตปรากฏการณ์นี้ โชคดีสำหรับผู้ชื่นชอบกบและสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกทุกหนทุกแห่ง แลมบ์และเดวิสไม่เพียงแต่มีอุปกรณ์ที่เหมาะสมในการตรวจจับการเรืองแสงทางชีวภาพเท่านั้น แต่พวกเขายังมีแนวคิดและความรู้ในการค้นหาด้วย!

รูปแบบต่างๆ ของการเรืองแสงทางชีวภาพที่สังเกตได้จากซาลาแมนเดอร์ ภาพโดย Jennifer Y. Lamb และ Matthew P. Davis ใน Salamanders และสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกอื่นๆ เรืองแสงด้วยไบโอฟลูออเรสเซนต์ .

ไบโอฟลูออเรสเซนซ์คือการแผ่รังสีซ้ำของแสงที่ความยาวคลื่นต่างกัน

ไบโอฟลูออเรสเซนซ์ ไม่ เหมือนกับสารเรืองแสงจากสิ่งมีชีวิต ซึ่งเป็นเวลาที่สิ่งมีชีวิตผลิตและเปล่งแสงด้วยตัวมันเอง ไม่ว่าจะผ่านปฏิกิริยาเคมีภายในบางประเภท หรือแทบจะไม่เกิดขึ้นเลย เมื่อสัญลักษณ์ของแบคทีเรียทำเพื่อพวกมัน ปลาแองเกลอร์ แมงกะพรุน หิ่งห้อย และเห็ดบางชนิดอาจเป็นสิ่งมีชีวิตที่คุณเคยได้ยินว่าสามารถทำได้

การเรืองแสงทางชีวภาพเกิดขึ้นเมื่อสิ่งมีชีวิต ดูดซับ คลื่นของ แสงที่มีพลังงาน สูง เช่น ในช่วงสีน้ำเงินหรือรังสีอัลตราไวโอเลต แล้ว แผ่รังสีกลับ มาที่ ความยาวคลื่น ที่ต่ำกว่า โดยปกติจะอยู่ในช่วงสีแดง ส้ม หรือเขียว เพื่อให้เห็นภาพความแตกต่างได้ดีขึ้น ลองจินตนาการถึงแสงที่แท่งเรืองแสงเปล่งออกมาเมื่อคุณหักเพื่อจุดประกายปฏิกิริยาเคมีภายใน (การเรืองแสง) เปรียบเทียบกับแสงสีฟ้าอมม่วงที่ส่องออกมาจากเสื้อยืดสีขาวของคุณเมื่อคุณกำลังเต้นรำอย่างมีความสุข ภายใต้แสงอัลตราไวโอเลต (ฟลูออเรสเซนต์)

เพื่อให้เห็นถึงความสามารถในการเรืองแสงทางชีวภาพของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ แลมบ์และเดวิสส่องไฟฉายสีน้ำเงินและรังสีอัลตราไวโอเลตไปที่สัตว์ ขณะที่ใช้ฟิลเตอร์พิเศษเพื่อป้องกันแสงฟลูออเรสเซนต์ที่สัตว์เหล่านี้ปล่อยออก มา ทั้งหมด โดยเฉพาะอย่างยิ่งภายใต้แสงสีน้ำเงิน สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกทั้งหมดที่พวกเขาตรวจสอบจะปล่อยแสงสีเขียวถึงสีเหลืองหลายรูปแบบซึ่งมีความเข้มต่างกัน ในหลายกรณี แสงฟลูออเรสเซนต์มาจากจุดและแถบที่สว่างและหนาซึ่งเรามองเห็นได้อยู่แล้วภายใต้แสงเต็มสเปกตรัม ในกรณีอื่นๆ ท้องจะสว่างในขณะที่หลังยังมืดอยู่ และในกรณีอื่น ๆ ส่วนใหญ่เป็นบริเวณ cloacal ที่ลุกโชนราวกับจะดึงดูดความสนใจทางเพศของคู่ครอง แม้แต่สปีชีส์ที่ดูหมองคล้ำภายใต้แสงเต็มสเปกตรัมก็ยังให้แสงจากหลอดฟลูออเรสเซนต์ได้ โดยรวมแล้ว เนื้อเยื่อหรือสารที่ทำให้เกิดการเรืองแสงภายใต้แสงกระตุ้นมีตั้งแต่ผิวหนัง กระดูก สารคัดหลั่งที่มีลักษณะคล้ายเมือก จนถึงปัสสาวะ

ด้วยเหตุนี้ กลไกทางโครงสร้างหรือทางเคมีที่ก่อให้เกิดปรากฏการณ์จึงยังไม่ทราบ ทำให้ต้องมีการวิจัยเพิ่มเติม โดยไม่คำนึงว่าการมีอยู่ของไบโอฟลูออเรสเซนซ์ในสัตว์หลายชนิดที่พวกเขาตรวจสอบบ่งชี้ว่าลักษณะดังกล่าวมีวิวัฒนาการมาแต่เนิ่นๆ จากบรรพบุรุษของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำในยุคปัจจุบัน

ของซาลาแมนเดอร์เสือตะวันออก ( Ambystoma tigrinum ) ให้แสงสีเขียวภายใต้แสงสีน้ำเงิน ภาพถ่ายโดย Jennifer Y. Lamb และ Matthew P. Davis จาก Salamanders และสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกอื่นๆ เรืองแสงด้วยไบโอฟลูออเรส เซนต์

เหตุใดการเรืองแสงทางชีวภาพจึงมีความสำคัญต่อสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำ

แลมบ์และเดวิสตั้งสมมติฐานว่าลักษณะการเรืองแสงทางชีวภาพที่พวกเขาสังเกตเห็นในสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอาจมีบทบาทสำคัญในการสื่อสารและการส่งสัญญาณระหว่างสปีชีส์หรือภายในประชากร ในการตรวจสอบสิ่งนี้ จำเป็นต้องพิจารณาว่าดวงตาของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกมีการพัฒนาความไวของโครงสร้างต่อการเรืองแสงทางชีวภาพของพวกมันเองหรือไม่ และสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกเคยสัมผัสกับแสงรอบข้างที่เอื้อต่อปรากฏการณ์นี้ภายในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติหรือไม่ บทบาทอื่นๆ ที่ไบโอฟลูออเรสเซนต์สามารถมีบทบาทในชีวิตประจำวันของสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบก ได้แก่ การแสดงท่าทางผิดปกติ (การเตือนด้วยสีเพื่อปัดป้องผู้ล่าที่มีศักยภาพ) การล้อเลียน หรือแม้กระทั่งการพรางตัว

เสื้อคลุมของ Marbled Salamander (Ambystoma opacum) อาจเรืองแสงสว่างเพื่อดึงดูดความสนใจของคู่ครอง ภาพถ่ายโดย Jennifer Y. Lamb และ Matthew P. Davis จากรูปที่ 1 ใน Salamanders และสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกอื่นๆ เรืองแสงด้วยไบโอฟลูออเรส เซนต์

เหตุใดการเรืองแสงทางชีวภาพของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำจึงมีความสำคัญต่อมนุษย์

กบและสัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกอื่นๆ ก็ดูเท่ขึ้นในสายตาของฉัน ดังที่แลมบ์และเดวิสชี้ให้เห็น ความสามารถในการเรืองแสงทางชีวภาพของพวกเขา ''ส่องแสงใหม่ว่าเรายังต้องเรียนรู้อีกมากเพียงใดเกี่ยวกับสัตว์มีกระดูกสันหลังที่น่าทึ่งเหล่านี้''

นักวิจัยทราบแล้วว่ากบผลิตสารคัดหลั่งจากผิวหนังหลายสิบชนิดซึ่งมีสรรพคุณเป็น ยาปฏิชีวนะ ยาแก้ปวด และ คุณสมบัติอื่นๆ ที่น่าสนใจทางเภสัชกรรม และอาจมีสารเหล่านี้อีกหลายร้อยหรือหลายพันตัวที่รอการค้นพบ เมื่อเร็ว ๆ นี้ โฟมรังกบ ได้รับการเสนอแนะว่าเป็นสารธรรมชาติที่เสถียรและเข้ากันได้ทางชีวภาพ ซึ่งสามารถใช้กับระบบนำส่งยาเฉพาะที่ที่ไม่รุนแรงสำหรับมนุษย์

ตอนนี้ โปรตีนเรืองแสงชีวภาพและสารคัดหลั่งหรือเนื้อเยื่ออื่นๆ ของสัตว์ครึ่งบกครึ่งน้ำอาจมีศักยภาพในการสร้างประวัติศาสตร์ทางการแพทย์ใหม่ ในปี พ.ศ. 2551 รางวัลโนเบลสาขาเคมีมอบให้กับนักวิจัย 3 คน ผู้ค้นพบและพัฒนาสารที่เรียกว่า Green Fluorescent Protein (GFP) ซึ่งเริ่มแรกแยกได้จากแมงกะพรุน และปัจจุบันใช้กันอย่างแพร่หลายเป็นเครื่องหมายเรืองแสงในระหว่างการวิจัยเกี่ยวกับ การทำงานของเซลล์และระบบของสิ่งมีชีวิต

กบอาจผลิตหรือมีสารเรืองแสงชีวภาพที่สามารถทำให้เทคนิคการวิจัยทางการแพทย์เหล่านี้ก้าวหน้าต่อไปได้หรือไม่? การค้นหาสารเรืองแสงทางชีวภาพชนิดต่างๆ ในสิ่งมีชีวิตในน้ำนั้นเปิดอยู่แล้วซึ่งอาจทำเช่นนี้ได้ (ดูสารคดีพิเศษ Creatures of Light ของ ) เวลาเท่านั้นที่จะบอก. อย่างไรก็ตาม เป็นเรื่องน่าตื่นเต้นที่จะพิจารณาว่าหากแสงกระตุ้นพิสูจน์ได้ว่ามีประโยชน์ในการตรวจจับสปีชีส์สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกขนาดเล็กที่ซ่อนตัวอยู่ในสิ่งแวดล้อม การเรืองแสงทางชีวภาพอาจกลายเป็นวิธีที่ไม่แพงสำหรับนักชีววิทยาในการสำรวจและตรวจสอบความหลากหลายทางชีวภาพของสัตว์เหล่านี้ และด้วยเหตุนี้จึงเป็นเครื่องมือสำคัญสำหรับวิกฤต- ต้องการโครงการอนุรักษ์สัตว์สะเทินน้ำสะเทินบกทั่วโลก

แสงยูวีถูกนำมาใช้เพื่อทำการศึกษาภาคสนามของกบต้นไม้เขตร้อน รวมทั้งกบต้นไม้อเมริกาใต้ ( Boana punctata ) เครดิตรูปภาพ: Jorge Enrique García Melo ใน Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019) การสำรวจภาคสนามของการเรืองแสงในกบต้นไม้เขตร้อนโดยใช้ไฟฉาย LED UV-B หมายเหตุอสรพิษ 12. 987-990