Bạn đã đọc Những sự thật thú vị về ếch và Tại sao ếch lại quan trọng chưa ? 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! Ở đây, tôi muốn chia sẻ với bạn mức độ phổ biến của phát quang sinh học được phát hiện 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 loài động vật đó cũng như đối với chúng ta.
Trong hình trên, Ếch có sừng Cranwell ( Ceratophrys cranwelli ) phát sáng màu xanh lục dưới ánh sáng kích thích. Ảnh của Jennifer Y. Lamb và Matthew P. Davis, từ Kỳ nhông và các loài lưỡng cư khác đang phát sáng với huỳnh quang sinh học .
Làm thế nào huỳnh quang sinh học được phát hiện ở động vật lưỡng cư
Ngày xửa ngày xưa (hay cụ thể hơn là vào năm 2020), có hai nhà nghiên cứu tại Đại học Bang St. Cloud, Minnesota, đã tự hỏi liệu các loài lưỡng cư có thể thường phát sáng dưới một số loại ánh sáng nhất định hay không. Người đầu tiên là Tiến sĩ Jennfier Lamb, một nhà bò sát học nghiên cứu hành vi, lịch sử sự sống và các khía cạnh sinh học khác của động vật lưỡng cư và bò sát. Người thứ hai là Tiến sĩ Matthew P. Davis, người nghiên cứu các loài 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 chúng, phát quang sinh học đã được quan sát thấy ở các loài động vật khác, nói chung là sống dưới nước, nhưng rất ít khám phá về chủ đề này đã được thực hiện trên động vật lưỡng cư. Vì vậy, khi họ quyết định điều tra tính phổ biến của huỳnh quang sinh học trong nhóm đó , họ đã rất kinh ngạc khi phát hiện ra mức độ phổ biến của nó! Lúc đầu, họ tập trung vào kỳ giông trưởng thành, nhưng khi họ xem xét một cách hào hứng các nhóm khác và các giai đoạn sống của động vật lưỡng cư, họ phát hiện ra rằng tất cả chúng đều phát huỳnh quang sinh học!
Nói rõ hơn, điều này không có nghĩa là bạn sẽ có thể chứng kiến những con ếch phát sáng dịu dàng dưới ánh trăng khi bạn đi ngang qua ao sinh sản của chúng vào một đêm muộn, bởi vì bạn cần ánh sáng và thiết bị đặc biệt để quan sát hiện tượng. Thật may mắn 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 tìm kiếm nó!
Các mô hình phát quang sinh học khác nhau được quan sát thấy trên các loài kỳ nhông. Hình ảnh của Jennifer Y. Lamb và Matthew P. Davis, ở Kỳ nhông và các loài lưỡng cư khác đang phát sáng bằng huỳnh quang sinh học .
Huỳnh quang sinh học là sự tái bức xạ ánh sáng ở một bước sóng khác
Huỳnh quang sinh học không giống như phát quang sinh học, đó là khi các sinh vật sống thực sự tự tạo ra và phát ra ánh sáng, thông qua một số loại phản ứng hóa học bên trong, hoặc hiếm hơn là khi các vi khuẩn cộng sinh làm điều đó cho chúng. Cá câu cá, sứa, đom đóm và một số loại nấm có lẽ là một số sinh vật mà bạn đã nghe nói có thể làm được điều này.
Sự phát huỳnh quang sinh học xảy ra khi các sinh vật sống hấp thụ các sóng ánh sáng năng lượng cao , chẳng hạn như trong dải màu lam hoặc tia cực tím, sau đó phát xạ lại ở các bước sóng thấp hơn , thường là trong dải màu đỏ, cam hoặc xanh lá cây. Để hình dung rõ hơn về sự khác biệt, hãy tưởng tượng ánh sáng mà 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 phát ra từ chiếc áo phông trắng của bạn khi bạn đang vui vẻ nhảy múa dưới ánh sáng cực tím (huỳnh quang).
Để tiết lộ khả năng phát huỳnh quang sinh học của động vật lưỡng cư, Lamb và Davis chiếu đèn pin phát ra ánh sáng cực tím và xanh lam lên động vật, đồng thời sử dụng các bộ lọc đặc biệt để chặn tất cả trừ ánh sáng huỳnh quang mà động vật 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 phát ra từ các điểm và sọc sáng và đậm mà chúng ta đã có thể nhìn thấy dưới ánh sáng quang phổ đầy đủ; trong những trường hợp khác, bụng sáng lên trong khi lưng vẫn tối; và trong những trường hợp khác, chủ yếu là vùng lỗ huyệt 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 buồn tẻ dưới ánh sáng quang phổ đầy đủ cũng phát ra một loại ánh sáng huỳnh quang nào đó. Nhìn chung, mô hoặc chất phát ra ánh sáng dưới ánh sáng kích thích khác nhau từ da, xương, dịch tiết da giống như chất nhầy, nước tiểu.
Như vậy, các cơ chế cấu trúc hoặc hóa học gây ra hiện tượng này vẫn chưa được biết, làm dấy lên nhu cầu nghiên cứu thêm. Bất chấp điều đó, sự hiện diện của huỳnh quang sinh học trong nhiều loại động vật mà họ đã kiểm tra cho thấy rằng đặc điểm này đã tiến hóa từ rất sớm trong tổ tiên của các loài lưỡng cư ngày nay.
của kỳ nhông hổ phía đông ( Ambystoma tigrinum ) phát ra ánh sáng xanh lục dưới ánh sáng xanh lam. Ảnh của Jennifer Y. Lamb và Matthew P. Davis từ Kỳ nhông và các loài lưỡng cư khác đang phát sáng bằng huỳnh quang sinh học .
Tại sao phát 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 thấy ở động vật lưỡng cư có thể đóng vai trò chính trong việc giao tiếp và truyền tín hiệu giữa các loài hoặc trong các quần thể. Để xác minh điều này, cần phải xác định xem liệu mắt lưỡng cư có phát triển độ nhạy cấu trúc đối với huỳnh quang sinh học của chính chúng hay không và liệu động vật lưỡng cư có từng tiếp xúc với các loại ánh sáng xung quanh dẫn đến hiện tượng này trong môi trường tự nhiên của chúng hay không. Các vai trò khác mà huỳnh quang sinh học có thể đóng trong cuộc sống hàng ngày của động vật lưỡng cư là vai trò của aposematism (màu sắc cảnh báo để xua đuổi những kẻ săn mồi tiềm tàng), bắt chước hoặc thậm chí là ngụy trang.
Lỗ huyệt của Kỳ nhông cẩm thạch (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 ở Kỳ nhông và các loài lưỡng cư khác phát sáng với huỳnh quang sinh học .
Tại sao sự phát quang sinh học của động vật lưỡng cư có thể quan trọng đối với con người
Vì vậy, ếch và các loài lưỡng cư khác trở nên ngầu hơn trong mắt tôi! Như Lamb và Davis đã chỉ ra, khả năng phát huỳnh quang sinh học của chúng ''cho thấy chúng ta còn phải tìm hiểu thêm bao nhiêu điều nữa về những loài động vật có xương sống hấp dẫn này''.
Hiện tại, các nhà nghiên cứu đã biết rằng ếch tiết ra hàng tá chất tiết từ da có tác dụng kháng sinh, giảm đau và các đặc tính dược phẩm quan trọng khác, và có lẽ hàng trăm hoặc hàng nghìn chất khác đang chờ được khám phá. Gần đây, bọt tổ ếch đã được đề xuất là tác nhân tự nhiên, ổn định và tương thích sinh học có thể phục vụ tốt cho các hệ thống phân phối thuốc tại chỗ nhẹ cho con người.
Giờ đây, các protein phát huỳnh quang sinh học và các chất tiết hoặc mô khác của động vật lưỡng cư có thể có tiềm năng tạo nên lịch sử y học mới. Năm 2008, Giải Nobel Hòa bình về Hóa học đã được trao cho ba nhà nghiên cứu đã phát hiện và phát triển một chất có tên là Protein huỳnh quang xanh (GFP) , ban đầu được phân lập từ một loài sứa và hiện được sử dụng rộng rãi làm chất đánh dấu huỳnh quang trong quá trình nghiên cứu về chức năng tế bào và hệ thống của các sinh vật sống.
Liệu ếch có thể sản xuất hoặc sở hữu một chất huỳnh quang sinh học có thể thúc đẩy hơn nữa các kỹ thuật nghiên cứu y học đó không? Việc tìm kiếm các chất phát huỳnh quang sinh học khác nhau trong các sinh vật dưới nước có thể làm được điều này đã được tiến hành (xem bộ phim tài liệu đặc biệt Creatures of Light ). Chỉ có thời gian sẽ trả lời. Tuy nhiên, thật thú vị khi xem xét rằng nếu ánh sáng kích thích tỏ ra hữu ích trong việc phát hiện các loài lưỡng cư nhỏ, bí mật trong môi trường của chúng, thì huỳnh quang sinh học có thể trở thành một cách rẻ tiền để các nhà sinh vật học khảo sát và giám sát đa dạng sinh học của những loài động vật này, và do đó, một công cụ quan trọng để các dự án bảo tồn lưỡng cư cần thiết trên toàn thế giới.
Ánh sáng tia cực tím được sử dụng để tiến hành một nghiên cứu thực địa về ếch cây nhiệt đới, bao gồm cả những loài ếch cây Nam Mỹ ( Boana punctata ). Tín dụng hình ảnh: Jorge Enrique García Melo, ở Thompson, ME, Saporito, RA, Ruiz-Valderrama, DH, Medina Rangel, GF, Donnelly, MA (2019). Một cuộc khảo sát thực địa về huỳnh quang ở ếch cây nhiệt đới sử dụng đèn pin LED UV-B. Ghi chú Herpetology. 12. 987-990