你見(jiàn)過(guò)身體半透明，能通過(guò)皮膚看到它內(nèi)部器官在跳動(dòng)的動(dòng)物嗎？

這樣的青蛙出現(xiàn)在了國(guó)際自然科學(xué)頂刊《科學(xué)》（《Science》）的封面！

《科學(xué)》封面：真正的隱身術(shù)！為了變透明，連血液都“消失”了。

圖片來(lái)源：《科學(xué)》

它就是跗蛙科（Centrolenidae）玻璃蛙屬的一種神奇的生物——赤心玻璃蛙（Hyalinobatrachium colymbiphyllum），一種來(lái)自中美洲和哥倫比亞雨林的小型青蛙，白天睡覺(jué)時(shí)幾乎可以從視覺(jué)上消失在葉片上，讓天敵找不到蹤影。這種奇特的隱身術(shù)背后，藏著一個(gè)驚人的生理秘密。今天，我們就來(lái)深入探索這只“雨林隱形忍者”背后的科學(xué)魔法。

 赤心玻璃蛙。圖片來(lái)源：百度百科

“隱身特工”的外形與習(xí)性

赤心玻璃蛙多分布于熱帶雨林里的溪流附近的樹木上，它們體型小巧，雄性青蛙長(zhǎng) 22-27 毫米，雌性青蛙長(zhǎng) 24.5-29 毫米，大約相當(dāng)于一枚一元硬幣的直徑（2.5 厘米）。它們背部呈亮綠色，肚皮和腿部半透明。夜間，它們會(huì)低垂在樹葉上鳴叫和交配，清晨時(shí)掛在葉背睡覺(jué)——這個(gè)位置正好露出透明腹部，把自己變成漫天綠葉的一部分，讓捕食者難以發(fā)現(xiàn)它們。

當(dāng)它們趴在葉片上時(shí)，由于皮膚和肌肉的透明度極高，骨骼、臟器甚至血管都若隱若現(xiàn)。肉眼幾乎分辨不出它們的輪廓，只有在光線透射下才能看到內(nèi)臟光影，仿佛一個(gè)小小的“隱形斗篷”籠罩在身體上。

睡覺(jué)的赤心玻璃蛙。圖片來(lái)源：Duke Engineering

生物隱身術(shù)的“核心秘密”

要了解赤心玻璃蛙的“隱身術(shù)”，就先要知道為什么大多數(shù)動(dòng)物的皮膚是不透明的。

動(dòng)物的身體就好像一碗果蔬湯——里面有各種蔬菜（細(xì)胞）、粉絲（纖維）、調(diào)味料（色素）等等，這些東西都會(huì)讓我們看不清原本的湯底。這是因?yàn)楣庠诓煌M織界面上會(huì)發(fā)生散射和吸收，導(dǎo)致其無(wú)法透過(guò)生物體，因此大多數(shù)生物的皮膚是不透明的。

那我們?cè)傺芯恳幌虏Ａ芷つw透明的原因。

在2022年底由杜克大學(xué)生物學(xué)教授桑克·約翰森組織的研究團(tuán)隊(duì)發(fā)表了一項(xiàng)關(guān)于赤心玻璃蛙的新研究，發(fā)表在了《科學(xué)》（《Science》）的封面上，這項(xiàng)研究指出：赤心玻璃蛙的皮膚能夠如此透明，是源于它們的絕招——“血液隱藏術(shù)”！

玻璃蛙睡覺(jué)時(shí)和活動(dòng)時(shí)的皮膚透明度對(duì)比。圖片來(lái)源：Duke Engineering

科學(xué)家們利用光聲顯微術(shù)（Photoacoustic microscopy, PAM），能夠?qū)崿F(xiàn)在這些蛙睡眠和活動(dòng)時(shí)跟蹤紅細(xì)胞的變化。這項(xiàng)技術(shù)的工作原理是向生物組織發(fā)射特定波長(zhǎng)的激光，當(dāng)激光被組織中的分子吸收后，分子受熱膨脹，從而產(chǎn)生超聲波并傳回超聲傳感器。通過(guò)分析這些強(qiáng)弱不同的信號(hào)，就能生成組織中分子結(jié)構(gòu)精細(xì)的彩色生物醫(yī)學(xué)圖像。

對(duì)于赤心玻璃蛙來(lái)說(shuō)，PAM是一種非侵入性的成像技術(shù)，由于紅細(xì)胞本身含有大量的造影劑（血紅蛋白），與此同時(shí)不同類型的細(xì)胞會(huì)吸收和反射不同波長(zhǎng)的光。因此，它不需要使用造影劑或令青蛙感到不安的注射劑，而所以，PAM是追蹤紅細(xì)胞最理想的工具。

利用PAM技術(shù)追蹤紅細(xì)胞變化圖。圖片來(lái)源：Duke Engineering

檢測(cè)結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在玻璃蛙睡著時(shí)它們的紅細(xì)胞集中轉(zhuǎn)移到肝臟中，腹部其他部位幾乎沒(méi)有紅細(xì)胞，所以呈現(xiàn)出幾乎“看不見(jiàn)血”的現(xiàn)象。數(shù)據(jù)還指出：睡眠狀態(tài)下，平均約90%的紅細(xì)胞從循環(huán)系統(tǒng)中暫時(shí)轉(zhuǎn)移，聚集到肝臟處，皮膚中的血紅蛋白含量顯著減少，皮膚血管幾乎“空載”——意味著光線幾乎可以完全穿透！皮膚的透光率提升了2-3倍。

同時(shí)，赤心玻璃蛙的組織中本就缺乏色素細(xì)胞，這意味著皮膚本身不會(huì)像大多數(shù)脊椎動(dòng)物那樣顯色；加上全身細(xì)胞結(jié)構(gòu)均勻，光線穿過(guò)時(shí)幾乎不會(huì)被散射，這也增強(qiáng)了透明效果。

所以對(duì)于赤心玻璃蛙來(lái)講，它就像個(gè)會(huì)“藏料”的大廚——睡覺(jué)時(shí)把“湯里的干貨”全塞進(jìn)肝臟（相當(dāng)于把蔬菜和粉絲撈到鍋底一角藏起來(lái)），剩下的湯水就變清了，讓光線可以直接透過(guò)！

“隱藏血液”是一種主動(dòng)、可逆、由生理調(diào)控控制的隱身機(jī)制。赤心玻璃蛙不是被動(dòng)偽裝，而是主動(dòng)關(guān)閉身體最顯眼的“紅色信號(hào)”。

赤心玻璃蛙是如何做到“血液失蹤”而不死的？

能把絕大部分血液聚集到一個(gè)器官而無(wú)血栓，這是所有陸生脊椎動(dòng)物中前所未見(jiàn)的奇跡。大多數(shù)動(dòng)物這么做會(huì)造成組織器官缺氧甚至中毒、休克。

但赤心玻璃蛙并沒(méi)有，這是因?yàn)樗鼈冊(cè)谡{(diào)度紅細(xì)胞時(shí)，保留約10％的血液在循環(huán)中，用來(lái)維持氧氣供應(yīng)與血壓?？茖W(xué)家推測(cè)玻璃蛙在睡眠中進(jìn)入低代謝狀態(tài)，對(duì)氧氣的需求大幅下降，從而在低血流量下也能夠維持生命活動(dòng)。

  玻璃蛙透明腹部（圖片來(lái)源：Geoff Gallice）

杜克大學(xué)的科學(xué)團(tuán)隊(duì)目前在研究它們?nèi)绾卧诰垩^(guò)程中避免血液凝結(jié)，以及如何在恢復(fù)狀態(tài)時(shí)迅速把血細(xì)胞送回全身。這一機(jī)制可能為人類血栓防控和器官保存提供新思路和方向。

進(jìn)化為何要隱形？

為什么玻璃蛙白天要“隱身”呢？

這是因?yàn)榘滋臁嘈牟Ａ芴幱陉?yáng)光下的最危險(xiǎn)時(shí)刻。鳥類、蛇等捕食者利用顏色和體形識(shí)別獵物。而玻璃蛙通過(guò)皮膚加血液雙重透明隱形，打破光線反射輪廓，模糊身體邊緣，實(shí)現(xiàn)“邊緣擴(kuò)散隱蔽”，讓自身幾乎與葉片融為一體，擾亂捕食者的視線，達(dá)成自我保護(hù)的目的。實(shí)驗(yàn)證明，這種半透明保護(hù)機(jī)制比單純的色彩偽裝更加有效，大幅降低被捕食者捕食的概率。

綠色玻璃蛙在葉子表面的偽裝。圖片來(lái)源：Duke Engineering

此外，赤心玻璃蛙透明度極高，在部分研究中被認(rèn)為是氣候變化敏感的“生態(tài)指示物”，它們對(duì)溫濕度變化敏感，因此其數(shù)量變化可能反映雨林微氣候的變化。所以它們的存在指示著雨林生態(tài)的健康與變化。

 赤心玻璃蛙。圖片來(lái)源：維基百科

小小赤心玻璃蛙帶給人類大大啟示

赤心玻璃蛙的隱身機(jī)制，不只是生物奇觀，更啟示了人類科技探索的方向：

醫(yī)療血栓治療：研究其在高濃度血液狀態(tài)下保持不凝結(jié)的機(jī)制，或?qū)?yīng)用于心臟手術(shù)、器官移植、體外循環(huán)、抗血栓；材料科學(xué)與仿生技術(shù)：借鑒赤心玻璃蛙的透明特性，

新型影像技術(shù)：光聲顯微成像是一種無(wú)創(chuàng)跟蹤血流的技術(shù)，在赤心玻璃蛙研究后或可推廣到臨床診斷，提高對(duì)血管性病變的捕捉精度。

自然的透明交響

在夜幕降臨，雨林微光，一只玻璃蛙安靜地睡在葉背，它把血液藏在肝臟里，只剩玻璃般透明的皮膚，仿佛“水珠”一般，隱匿于自然交響中。玻璃蛙并不僅僅是可愛(ài)的小動(dòng)物，它還將“隱身”從科幻帶入現(xiàn)實(shí)。在它小小的身體里，自然演繹了一套高度智慧的迷彩方案：隱藏血液，透明身體。這種進(jìn)化的奏章，不僅讓地球生物的奧秘更生動(dòng)，也激發(fā)了人類對(duì)生命極限的思考。

作者：李尚鴻

審核：張?jiān)品?中國(guó)科學(xué)院動(dòng)物研究所 研究員

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