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為了讓自己更綠 它們竟然富集毒素
2020-08-04 09:43:15 來源: 科技日報
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        為了捕食和躲避天敵,蛙類(無尾目)演化出了能有效融入環境的皮膚。大部分蛙類通過皮膚中的色素細胞擁有綠色或其他顏色的皮膚。但對于一些同樣呈現出綠色皮膚的樹蛙和草蛙來説,事情就沒有這麼簡單了。一項最新研究發現,它們的皮膚中缺乏這些色素細胞,因此不得不在體內大量富集一種有毒色素(膽毒素)。與此同時,它們還演化出了復雜的皮膚及其下層組織。

        樹蛙皮膚的秘密

        蛙類常見的綠色皮膚幫助它們在自然環境中隱藏自己,便于捕食或逃跑。那麼這些蛙類是如何變成綠色的?之前的一些研究發現,蛙類的皮膚表層存在一些色素細胞。這些細胞的排列方式、産生的各種色素成分能使蛙類皮膚呈現出綠色或其他顏色、特殊花紋和斑點。我們通常見到的側褶蛙屬,就是其中的一類。

        2017年,阿根廷一家自然科學博物館的研究人員在《美國科學院院刊》上發表了一篇論文。他們首次發現了一種生活在南美洲的樹蛙——圓點樹蛙能自然發出熒光。當用紫外線光束照射這種樹蛙時,它們的皮膚能發出藍綠色熒光。

        由于熒光在四足動物中並不常見,這些研究者進一步分析了這些樹蛙。他們發現,樹蛙的皮膚、淋巴組織和腺體中存在一些熒光分子,將吸收的短波的光轉變成長波的光,再反射出去。隨後,科學家陸續在多種樹蛙中發現了這種現象,但關于樹蛙皮膚的秘密才剛剛被揭開。

        與大部分蛙類不同,這些樹蛙缺乏色素細胞,但依舊擁有綠色的皮膚。這一現象吸引了得克薩斯大學奧斯汀分校研究人員的注意。在近期發表于《美國科學院院刊》的一篇論文中,他們指出,這些樹蛙是因為變得更“毒”,才獲得了保護性的綠色。

        為了變綠而帶“毒”

        圓點樹蛙的綠色皮膚來源于它們的皮下腺體、淋巴等組織中存在的一些非細胞色素團。其中,最常見的一種色素是膽綠素。膽綠素一般由血紅蛋白的代謝産物膽紅素進一步代謝産生。對人體來説,這種化合物具有很高的毒性,因此當人體內産生膽綠素時,機體會通過肝膽將其迅速排除體外。而這種化合物在人體內的富集,通常會伴隨出現一些代謝功能受損,如嚴重的肝硬化,膽管阻塞等疾病。

        但是,讓研究人員感到驚訝的是,圓點樹蛙存在大量的膽綠素,包括它們皮下的血液、淋巴、軟組織甚至是骨骼。圓點樹蛙體內的膽綠素濃度達到了代謝功能受損患者的4倍。相比于其他蛙類,其膽毒素水平更是它們的200倍。

        這項新研究還顯示,這種現象可能普遍存在于430多種蛙類中,它們生活在不同的地區,如馬達加斯加、南美洲和東南亞等。其中,99%的蛙類為樹蛙、草蛙或是與樹蛙存在親緣關係的蛙類。研究人員發現,這些分布在不同地區的蛙類通過漫長的趨同演化,各自學會了利用有毒的膽綠素。

        這些蛙類到底是如何利用膽綠素的?實際上,圓點樹蛙體內並非大量存在膽綠素單體,而是後者與一種糖蛋白結合形成的化合物——膽綠素結合絲氨酸酶抑制劑(biliverdin-binding serpin,BBS)。除藍光、綠光和部分紅光外,BBS能吸收其他的可見光。正是通過這種方式,這些蛙類消除了這些膽綠素的毒性,並成功在體內保留和應用了這種色素。

        把毒素變成有益物質

        當然,除了豐富的膽綠素,這些半透明的蛙能呈現出不同的綠色皮膚,還與另外一個因素有關。研究人員注意到圓點樹蛙皮膚及下層的結構十分復雜,包括了4種不同的組織層,依次是皮膚組織、淋巴層(含有淋巴囊)、肌肉組織以及結締組織下層的鳥嘌呤晶體層。

        當自然光通過外層皮膚組織進入淋巴層時,經過BBS吸收後剩余的藍綠光和部分紅光會進一步穿過其肌肉組織,而結締組織下層中由鳥嘌呤晶體形成的“反光板”,能將未被吸收的光線反射出去。因此,圓點樹蛙的表面呈現為綠色和一部分紅色。

        在獨立的演化進程中,這些樹蛙、草蛙體內的膽綠素能與不同的絲氨酸酶抑制劑結合,産生不同結構的BBS色素團。此外,在它們的骨骼、淋巴囊等組織中,也分布著不同的色素團。這些因素導致這些蛙類皮膚的吸收光譜發生變化,進而呈現出不同顏色的皮膚。

        最終,這些半透明的樹蛙、草蛙等經過復雜的演化,也能像具有色素細胞的蛙類一樣,擁有有利于在環境中隱藏和捕食的綠色皮膚。此外,它們也徹底發揮了這種演化的優勢,將有毒膽綠素轉變成了有益物質——研究人員發現,這些BBS色素還具有抑制病毒、清除自由基等作用,幫助這些蛙類抑制感染和炎症。

        (據《環球科學》)

【糾錯】 責任編輯: 郭童
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