Bạn đã đọc Những sự thật thú vị về ếch" và "Tại sao ếch lại quan trọng" ? Ngay cả trước khi tôi biết rằng động vật lưỡng cư cũng có thể phát sáng trong bóng tối, ếch đã là những ngôi sao sáng trong thế giới của tôi rồi! Ở đây, tôi muốn chia sẻ với bạn về cách khả năng phát quang sinh học được phát hiện rộng rãi ở động vật lưỡng cư, chính xác điều đó có nghĩa là gì và khả năng đó có thể hữu ích như thế nào đối với những động vật đó, cũng như đối với chúng ta.
Trong hình trên, ếch sừng Cranwell ( Ceratophrys cranwelli ) phát sáng màu xanh lục dưới ánh sáng kích thích. Ảnh của Jennifer Y. Lamb và Matthew P. Davis, trích từ bài báo "Kỳ nhông và các loài lưỡng cư khác phát sáng nhờ huỳnh quang sinh học" .
Hiện tượng phát quang sinh học được phát hiện như thế nào ở động vật lưỡng cư?
Ngày xửa ngày xưa (hay chính xác hơn là vào năm 2020), có hai nhà nghiên cứu tại Đại học St. Cloud State, Minnesota, đã tự hỏi liệu động vật lưỡng cư có thường phát sáng dưới một số loại ánh sáng nhất định hay không. Người đầu tiên là Tiến sĩ Jennifer Lamb, một nhà nghiên cứu về bò sát và lưỡng cư, chuyên nghiên cứu hành vi, vòng đời và các khía cạnh sinh học khác của chúng. Người thứ hai là Tiến sĩ Matthew P. Davis, người nghiên cứu về cá biển sâu và cách chúng tiến hóa các đặc điểm, chẳng hạn như phát quang sinh học, để giúp chúng sống trong bóng tối. Vào thời điểm phát hiện ra điều này, hiện tượng phát quang sinh học đã được quan sát thấy ở các loài động vật khác, thường là động vật thủy sinh, nhưng chủ đề này ít được nghiên cứu trên động vật lưỡng cư. Vì vậy, khi họ quyết định điều tra tính phổ biến của hiện tượng phát quang sinh học ở nhóm này , họ đã kinh ngạc khi phát hiện ra nó phổ biến đến mức nào! Ban đầu, họ tập trung vào những con kỳ nhông trưởng thành, nhưng khi họ hào hứng nghiên cứu các nhóm và giai đoạn sống khác của động vật lưỡng cư, họ phát hiện ra rằng tất cả chúng đều phát quang sinh học!
Nói rõ hơn, điều này không có nghĩa là bạn có thể chứng kiến những con ếch phát sáng nhẹ nhàng dưới ánh trăng khi đi ngang qua ao sinh sản của chúng vào đêm khuya, bởi vì bạn cần ánh sáng và thiết bị đặc biệt để quan sát hiện tượng này. May mắn thay cho những người yêu thích ếch và động vật lưỡng cư ở khắp mọi nơi, Lamb và Davis không chỉ có thiết bị phù hợp để phát hiện huỳnh quang sinh học, mà họ còn có ý tưởng và bí quyết để tìm kiếm nó!
Các kiểu phát quang sinh học khác nhau được quan sát thấy ở các loài kỳ nhông. Hình ảnh của Jennifer Y. Lamb và Matthew P. Davis, trong bài báo "Kỳ nhông và các loài lưỡng cư khác phát sáng nhờ phát quang sinh học"..
Huỳnh quang sinh học là hiện tượng phát xạ lại ánh sáng ở bước sóng khác
Huỳnh quang sinh học không giống với phát quang sinh học, là hiện tượng các sinh vật sống tự sản sinh và phát ra ánh sáng, hoặc thông qua một phản ứng hóa học nội tại nào đó, hoặc hiếm hơn là do vi khuẩn cộng sinh thực hiện. Cá đèn lồng, sứa, đom đóm và một số loại nấm có lẽ là một vài sinh vật mà bạn từng nghe nói có khả năng này.
Hiện tượng huỳnh quang sinh học xảy ra khi các sinh vật sống hấp thụ các sóng ánh sáng năng lượng cao , ví dụ như trong dải màu xanh lam hoặc tia cực tím, và sau đó phát xạ lại ở bước sóng thấp hơn , thường là trong dải màu đỏ, cam hoặc xanh lục. Để dễ hình dung hơn sự khác biệt, hãy tưởng tượng ánh sáng mà một que phát sáng phát ra khi bạn bẻ nó để kích hoạt phản ứng hóa học bên trong (phát quang), so với ánh sáng xanh tím rực rỡ phát ra từ chiếc áo phông trắng của bạn khi bạn đang vui vẻ nhảy múa dưới ánh đèn tia cực tím (huỳnh quang).
Để làm rõ khả năng phát quang sinh học của động vật lưỡng cư, Lamb và Davis đã chiếu đèn pin phát ra ánh sáng xanh lam và tia cực tím lên các con vật, đồng thời sử dụng các bộ lọc đặc biệt để chặn tất cả các loại ánh sáng khác ngoại trừ ánh sáng huỳnh quang mà chúng phát ra. Đặc biệt dưới ánh sáng xanh lam, tất cả các loài lưỡng cư mà họ kiểm tra đều phát ra nhiều kiểu ánh sáng từ xanh lục đến vàng với cường độ khác nhau. Trong nhiều trường hợp, ánh sáng huỳnh quang đến từ các đốm và vạch sáng rõ rệt mà chúng ta đã có thể nhìn thấy dưới ánh sáng toàn phổ; trong các trường hợp khác, bụng phát sáng rực rỡ trong khi lưng vẫn tối; và trong những trường hợp khác nữa, chủ yếu là vùng hậu môn phát sáng, như thể để thu hút sự chú ý tình dục của bất kỳ bạn tình tiềm năng nào. Ngay cả những loài trông có vẻ mờ nhạt dưới ánh sáng toàn phổ cũng phát ra một số loại ánh sáng huỳnh quang. Nhìn chung, mô hoặc chất tạo ra ánh sáng phát quang dưới ánh sáng kích thích rất đa dạng, từ da, xương, đến dịch tiết giống như chất nhầy trên da, đến nước tiểu.
Do đó, các cơ chế cấu trúc hoặc hóa học gây ra hiện tượng này vẫn chưa được biết đến, dẫn đến nhu cầu nghiên cứu sâu hơn. Tuy nhiên, sự hiện diện của huỳnh quang sinh học ở nhiều loài động vật mà họ đã nghiên cứu cho thấy đặc điểm này đã tiến hóa từ rất sớm trong quá trình tiến hóa của các loài lưỡng cư hiện đại.
thân của kỳ nhông hổ phương Đông ( Ambystoma tigrinum ) phát ra ánh sáng xanh lục dưới ánh sáng xanh lam. Ảnh của Jennifer Y. Lamb và Matthew P. Davis từ bài báo "Kỳ nhông và các loài lưỡng cư khác phát sáng nhờ huỳnh quang sinh học" .
Vì sao huỳnh quang sinh học có thể quan trọng đối với động vật lưỡng cư
Lamb và Davis đưa ra giả thuyết rằng các đặc điểm phát quang sinh học mà họ quan sát được ở động vật lưỡng cư có thể đóng vai trò quan trọng trong giao tiếp và truyền tín hiệu giữa các loài hoặc trong quần thể. Để kiểm chứng điều này, cần phải xác định xem mắt của động vật lưỡng cư có tiến hóa để có độ nhạy cấu trúc đối với sự phát quang sinh học của chính chúng hay không, và liệu động vật lưỡng cư có bao giờ tiếp xúc với các loại ánh sáng môi trường thuận lợi cho hiện tượng này trong môi trường tự nhiên của chúng hay không. Các vai trò khác mà sự phát quang sinh học có thể đóng trong cuộc sống hàng ngày của động vật lưỡng cư là vai trò của màu sắc cảnh báo (màu sắc cảnh báo để xua đuổi kẻ săn mồi tiềm năng), bắt chước hoặc thậm chí là ngụy trang.
Hậu môn của kỳ nhông vân đá (Ambystoma opacum) có thể phát sáng rực rỡ để thu hút sự chú ý của bạn tình tiềm năng. Ảnh của Jennifer Y. Lamb và Matthew P. Davis, từ Hình 1 trong bài viết "Kỳ nhông và các loài lưỡng cư khác phát sáng nhờ huỳnh quang sinh học" .
Vì sao khả năng phát quang sinh học của động vật lưỡng cư có thể quan trọng đối với con người
Vậy là, ếch và các loài lưỡng cư khác bỗng trở nên thú vị hơn rất nhiều trong mắt tôi! Như Lamb và Davis đã chỉ ra, khả năng phát quang sinh học của chúng "hé lộ một khía cạnh mới về việc chúng ta vẫn còn phải tìm hiểu thêm rất nhiều điều về những loài động vật có xương sống hấp dẫn này".
Hiện nay, các nhà nghiên cứu đã biết rằng ếch tiết ra hàng chục chất có đặc tính kháng sinh, giảm đau và các đặc tính khác rất có giá trị trong dược phẩm, và có lẽ hàng trăm hoặc hàng nghìn chất khác nữa đang chờ được phát hiện. Gần đây, bọt từ tổ ếch đã được đề xuất như những tác nhân tự nhiên, ổn định và tương thích sinh học, có thể được sử dụng như hệ thống phân phối thuốc bôi ngoài da nhẹ nhàng cho con người.
Hiện nay, các protein huỳnh quang sinh học và các chất tiết hoặc mô khác của động vật lưỡng cư có tiềm năng tạo nên lịch sử y học mới. Năm 2008, giải Nobel Hóa học đã được trao cho ba nhà nghiên cứu đã phát hiện và phát triển một chất gọi là Protein huỳnh quang xanh (GFP) , ban đầu được phân lập từ sứa, và hiện được sử dụng rộng rãi như một chất đánh dấu huỳnh quang trong nghiên cứu về chức năng tế bào và hệ thống của các sinh vật sống.
Liệu ếch có thể sản sinh hoặc sở hữu một chất phát quang sinh học có thể thúc đẩy hơn nữa các kỹ thuật nghiên cứu y học? Việc tìm kiếm các chất phát quang sinh học khác nhau trong các sinh vật thủy sinh có khả năng này đang được tiến hành (hãy xem phim tài liệu đặc biệt " Creatures of Light ). Chỉ có thời gian mới trả lời được. Nhưng dù sao, thật thú vị khi xem xét rằng nếu ánh sáng kích thích chứng tỏ hữu ích trong việc phát hiện các loài lưỡng cư nhỏ, sống ẩn dật trong môi trường của chúng, thì phát quang sinh học có thể trở thành một phương pháp không tốn kém để các nhà sinh học khảo sát và giám sát đa dạng sinh học của những động vật này, và do đó là một công cụ quan trọng cho các dự án bảo tồn lưỡng cư đang rất cần thiết trên toàn thế giới.
Ánh sáng tia cực tím đã được sử dụng để tiến hành nghiên cứu thực địa về các loài ếch cây nhiệt đới, bao gồm cả các loài ếch cây Nam Mỹ này ( Boana punctata ). Nguồn ảnh: Jorge Enrique García Melo, trong Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). Khảo sát thực địa về huỳnh quang ở ếch cây nhiệt đới bằng đèn pin LED UV-B. Herpetology Notes. 12. 987-990