Glasfrösche schlafen kopfüber unter Blättern
Glasfrösche sind in der Lage, einen „Verschwinden-Akt“ durchzuführen, um sich vor Raubtieren zu verstecken – indem sie einen Großteil ihres Körpers im Schlaf durchsichtig machen – indem sie 90 Prozent ihrer roten Blutkörperchen in einer reflektierenden, spiegelbeschichteten Leber verstecken. Zu diesem Ergebnis kommt eine Studie von Forschern aus den USA, die mit einem speziellen bildgebenden Verfahren die ungewöhnliche Methode der Tarnung untersucht haben. Diese winzigen Frösche – die normalerweise nur etwa 2,5 cm lang sind – leben in den amerikanischen Tropen und sind nur nachtaktiv. Tagsüber schlafen sie auf dem Kopf, halten ihren grünen Rücken an gleichfarbigen Blättern und färben ihre Unterseite transparent.
Der Autor und Biologe Dr. Carlos Taboada von der Duke University in North Carolina sagte: „Wenn Glasfrösche ruhen, werden ihre Muskeln und ihre Haut durchsichtig – und ihre Augen und inneren Organe sind alles, was sichtbar ist.“
„Diese Frösche schlafen auf den Unterseiten großer Blätter, und wenn sie transparent sind, können sie sich perfekt an die Farben der Vegetation anpassen.“
Die Fähigkeit, entweder die Farbe zu ändern oder vollständig transparent zu werden, findet man bei vielen Tieren, die im Meer leben – aber es ist ein Trick, der bei Kreaturen an Land selten vorkommt.
Einer der Gründe dafür sind die roten Blutkörperchen im Kreislaufsystem. Diese sauerstoffreichen Zellen absorbieren grünes Licht und reflektieren rotes, was bedeutet, dass sie, Blut und das gesamte Kreislaufsystem dazu neigen, sich wie ein wunder Daumen von grünen Blättern abzuheben.
(Im Gegensatz dazu produzieren Meereslebewesen, die Transparenzgrade erreichen, keine roten Blutkörperchen des Hämoglobins, das sie enthalten. Glasfrösche haben jedoch einen anderen Ansatz.
Glasfrösche können einen „Verschwinden-Akt“ vollziehen, indem sie ihre roten Blutkörperchen verstecken (Bild: Creative Commons / Mauricio Rivera Correa)
Im Bild: Die Unterseiten von männlichen (links) und weiblichen (rechts) Glasfröschen, die ihre Transparenz zeigen (Bild: Jesse Delia)
Bei ihrer Forschung beobachteten Dr. Taboada und seine Kollegen, dass alle roten Blutkörperchen aus dem Kreislaufsystem des Frosches zu verschwinden scheinen, wenn sie transparent werden.
Bildgebende Tests an den Fröschen konnten bestätigen, dass die Amphibien in der Lage sind, Transparenz zu erreichen, indem sie rote Blutkörperchen aus ihren Gefäßen drücken.
Das Team vermutete, dass diese Zellen in einem der inneren Organe des Frosches gespeichert wurden, die jeweils in eine reflektierende Membran verpackt sind. Dies zu beweisen, sei jedoch alles andere als einfach, sagten die Forscher.
Dr. Jesse Delia – ein Zoologe am American Museum of Natural History, der um die Welt gereist ist, um verschiedene Glasfrösche zu Studienzwecken zu sammeln – erklärte: „Wenn diese Frösche wach, gestresst oder unter Narkose sind, ist ihr Kreislauf voller roter Blutkörperchen und sie sind undurchsichtig.
„Die einzige Möglichkeit, Transparenz zu untersuchen, besteht darin, dass diese Tiere glücklich schlafen, was in einem Forschungslabor schwer zu erreichen ist. Wir sind wirklich mit dem Kopf gegen die Wand gefahren.“
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Eine Gruppe Glasfrösche, die kopfüber auf einem Blatt schlafen und ihre Tarnung zeigen (Bild: Jesse Delia)
Prof. Johnsen sagte: „Wann immer die Frösche wieder aktiv werden müssen, bringen sie die Zellen zurück.“ (Bild: Jesse Delia)
Die Lösung kam schließlich in Form eines bildgebenden Verfahrens namens photoakustische Mikroskopie – kurz „PAM“ –, bei dem ein sicherer Laserstrahl in das Zielgewebe geschossen wird, wo er von Molekülen absorbiert und in Ultraschallwellen umgewandelt wird.
Diese Schallwellen werden dann aufgenommen und verwendet, um detaillierte biomedizinische Bilder der Moleküle zu erstellen. Ideal für die Untersuchung der Frösche – die während des Eingriffs kopfüber auf einer Petrischale schliefen, genau wie auf einem Blatt in freier Wildbahn – ist der gesamte Prozess nicht-invasiv, ruhig und sensibel.
Die Forscher untersuchten damit insbesondere eine Glasfroschart: Hyalinobatrachium fleischmanni.
Der Autor und biomedizinische Ingenieur Professor Junjie Yao ist ein Experte für photoakustische Mikroskopie. Er sagte: „PAM ist das ideale Werkzeug für die nicht-invasive Bildgebung von roten Blutkörperchen, weil man keine Kontrastmittel injizieren muss, was für diese Frösche sehr schwierig wäre.
„Die roten Blutkörperchen selbst sorgen für den Kontrast, weil unterschiedliche Zelltypen unterschiedliche Wellenlängen des Lichts absorbieren und reflektieren.
„Wir könnten unsere Bildgebungssysteme optimieren, um gezielt nach roten Blutkörperchen zu suchen und zu verfolgen, wie viel Sauerstoff im Körper des Frosches zirkuliert.“
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Im Bild: PAM eines Frosches, der schläft und unter Narkose steht (Bild: Taboada et al. / Wissenschaft)
Die Forscher fanden heraus, dass die Frösche im Schlaf fast 90 Prozent ihrer Blutzellen aus dem Kreislauf entfernen und in ihrer Leber speichern, die reflektierende Guaninkristalle enthält – wodurch ihre Transparenz um das Zwei- bis Dreifache erhöht wird.
Professor Sönke Johnsen, Autor und Biologe der Duke University, sagte: „Immer wenn Glasfrösche transparent sein wollen, was normalerweise der Fall ist, wenn sie sich ausruhen und anfällig für Raubtiere sind, filtern sie fast alle roten Blutkörperchen aus ihrem Blut.“
Die Frösche, fügte er hinzu, „verstecken sie in einer verspiegelten Leber – irgendwie vermeiden sie dabei die Bildung eines riesigen Blutgerinnsels.
„Immer wenn die Frösche wieder aktiv werden müssen, bringen sie die Zellen wieder in den Blutkreislauf, was ihnen die Stoffwechselkapazität gibt, sich fortzubewegen.“
Laut dem Team wirft der Trick der Frösche interessante Fragen darüber auf, wie die Amphibien in der Lage sind, fast alle ihre roten Blutkörperchen in ihrer Leber zu speichern, ohne entweder zu gerinnen oder ihr peripheres Gewebe zu beschädigen – die Antworten darauf könnten möglicherweise dazu beitragen, gefährliche Situationen zu vermeiden Blutgerinnsel in menschlichen Venen und Arterien.
Dr. Delia sagte: „Dies ist die erste einer Reihe von Studien, die die Physiologie der Transparenz von Wirbeltieren dokumentieren, und sie wird hoffentlich die biomedizinische Arbeit anregen, um die extreme Physiologie dieser Frösche in neue Ziele für die menschliche Gesundheit und Medizin zu übersetzen.“
Die Forscher sagten, dass sie besonders begeistert sind von den neuen Möglichkeiten, Glasfrösche zu untersuchen – und sie als Modellorganismen zu verwenden – die ihnen durch die photoakustische Mikroskopie geboten werden.
Dr. Delia erklärte: „Wir können mehr über die Physiologie und das Verhalten des Glasfroschs lernen oder wir können diese Modelle verwenden, um Bildgebungswerkzeuge für die biomedizinische Technik zu optimieren.
„Das begann, weil Carlos und ich dachten, dass dieser Frosch etwas Seltsames mit seinem Blut macht, und es führte zu produktiven Kooperationen sowohl bei Duke als auch auf der ganzen Welt.“
Prof. Yao stimmte zu und fügte hinzu: „Unsere erfolgreiche Zusammenarbeit war ein großartiges Beispiel dafür, wie mehrere Disziplinen die Wissenschaft gemeinsam auf synergetischste Weise voranbringen können.
„Wir sind sehr gespannt auf die zukünftigen Interaktionen zwischen den Biologie- und Ingenieurteams. Mit all der Kraft an Bord ist der Himmel die Grenze.“
Die vollständigen Ergebnisse der Studie wurden in der Zeitschrift Science veröffentlicht.