Le rane di vetro nascondono i globuli rossi nel fegato per diventare trasparenti

Oct 26, 2023

27 dicembre 2022 | Michaela Kane

I ricercatori riescono finalmente a decifrare il modo in cui una specie di rana diventa maestra del camuffamento con l'aiuto delle moderne tecniche di imaging biomedico

Le rane di vetro si rendono trasparenti mentre riposano prelevando i globuli rossi dalla circolazione e nascondendoli nel fegato. Un team multiuniversitario di biologi e ingegneri biomedici ha dimostrato come queste rane riescono a rendersi trasparenti in una ricerca apparsa il 23 dicembre sulla rivista Science.

È facile non notare una rana di vetro nel suo ambiente naturale. La rana vetro settentrionale, Hyalinobatrachium fleischmanni, non misura più di pochi centimetri ed è più attiva di notte, quando la sua pelle verde le aiuta a mimetizzarsi con le foglie e il fogliame circostanti.

Ma questi anfibi diventano dei veri maestri del mimetismo durante il giorno, quando dormono.

"Quando le rane di vetro riposano, i loro muscoli e la pelle diventano trasparenti, e le loro ossa, gli occhi e gli organi interni sono tutto ciò che è visibile", ha detto Carlos Taboada, ricercatore post-dottorato alla Duke e co-autore dello studio. "Queste rane dormono sul fondo di grandi foglie e, quando sono trasparenti, possono abbinarsi perfettamente ai colori della vegetazione."

Molti animali marini possono cambiare il colore della loro pelle o diventare completamente trasparenti, ma sulla terra si tratta di una capacità molto meno comune. Uno dei motivi per cui la trasparenza è così difficile da ottenere è la presenza di globuli rossi nel sistema circolatorio. I globuli rossi sono in grado di assorbire la luce verde, che è il colore della luce solitamente riflessa dalle piante e da altra vegetazione. In cambio, queste cellule ricche di ossigeno riflettono la luce rossa, rendendo il sangue – e per estensione il sistema circolatorio – altamente visibile, soprattutto contro una foglia verde brillante.

Le rane vetro sono alcuni dei pochi vertebrati terrestri in grado di raggiungere la trasparenza, il che li ha resi un obiettivo di studio. Taboada ha iniziato a studiare le rane di vetro come ricercatore post-dottorato nel laboratorio di Sönke Johnsen, un professore di biologia alla Duke specializzato nello studio della trasparenza. Lavorando con Jesse Delia, che ha viaggiato in giro per il mondo raccogliendo diverse rane di vetro per lo studio, hanno osservato che i globuli rossi sembravano scomparire dal sangue circolante ogni volta che le rane diventavano trasparenti.

Hanno condotto ulteriori test di imaging sugli animali, dimostrando tramite modelli ottici che gli animali erano in grado di raggiungere la trasparenza perché spingevano i globuli rossi fuori dai loro vasi. Sospettava che le cellule fossero immagazzinate in uno degli organi interni della rana, racchiusi in una membrana riflettente.

Per un animale trasparente, la sua biologia era incredibilmente difficile da decifrare. La ricerca si è avvalsa dell’esperienza di biologi e ingegneri biomedici non solo della Duke ma anche dell’American Museum of Natural History, della Stanford University e della University of Southern California.

"Se queste rane sono sveglie, stressate o sotto anestesia, il loro sistema circolatorio è pieno di globuli rossi e sono opachi", ha spiegato Delia, ora ricercatrice post-dottorato presso l'American Museum of Natural History. “L’unico modo per studiare la trasparenza è che questi animali dormano felicemente, cosa difficile da ottenere in un laboratorio di ricerca. Stavamo davvero sbattendo la testa contro il muro per trovare una soluzione”.

Ma Taboada aveva scoperto una tecnologia di imaging chiamata microscopia fotoacustica, o PAM, mentre stava studiando la biliverdina, il composto che conferisce ad alcune specie di rane il loro caratteristico colore verde. La PAM consiste nel sparare un raggio di luce laser sicuro nel tessuto, che viene poi assorbito dalle molecole e convertito in onde ultrasoniche. Queste onde sonore vengono quindi utilizzate per creare immagini biomediche dettagliate delle molecole. Lo strumento di imaging non è invasivo, silenzioso, sensibile e, con un colpo di fortuna, disponibile presso Duke.

"La PAM è lo strumento ideale per l'imaging non invasivo dei globuli rossi perché non è necessario iniettare agenti di contrasto, cosa che sarebbe molto difficile per queste rane", ha spiegato Junjie Yao, assistente professore di ingegneria biomedica alla Duke specializzata in nelle tecnologie PAM. “I globuli rossi stessi forniscono il contrasto, perché diversi tipi di cellule assorbono e riflettono diverse lunghezze d’onda della luce. Potremmo ottimizzare i nostri sistemi di imaging per cercare specificamente i globuli rossi e monitorare la quantità di ossigeno circolante nel corpo della rana”.