Transparencia en las ranas de cristal: Sangre, metabolismo y convergencia evolutiva
Las ranas de cristal, muy conocidas por la asombrosa transparencia de su piel y múculos, son probablemente el único ejemplo de transparencia en un vertebrado terrestre.
From Taboada et al. 2022, Science
La transparencia es una forma fascinante de camuflaje que requiere de adaptaciones complejas en muchos sistemas fisiológicos que permitan la minimización de la dispersión y la absorción de la luz a través de todo el animal.. En los vertebrados, uno de los principales obstáculos para lograr la transparencia es nuestro sistema de transporte de oxígeno, que está depende de hemoglobina dentro de los glóbulos rojos. La hemoglobina absorbe una gran cantidad de luz azul-verde. lo cual, además de darle a nuestra sangre su carácterístico color rojo, impide que luz de otras longitudes de onda pueda penterar profundamente en dentro de los tejidos.
Recientemente descubrimos que las ranas de cristal tienen un mecanismo que les pemite reducir la absorción de luz por parte de la hemoglobina. Esencialmente, son capaces de ocultar la mayoría de sus glóbulos rojos durante gran parte del día.
Usando microscopía fotoacústica, descubrimos que cuando las ranas están en reposo y son vulnerables a la depredación, filtran ~ 90% de sus glóbulos rojos de su sangre y los esconden en sus hígados recubiertos de espejos. Cuando se despiertan por la noche, los glóbuos rojos retornan a la circulación sistémica, lo cual les devuelve a las ranas la capacidad metabólica para moverse , pero a costa de volverse opacas y comprometer su camuflaje en la vegetación.
Curiosamente, las ranas de cristal logran empaquetar casi todos sus glóbulos rojos dentro de los sinusoides del hígado durante largos períodos de tiempo sin generar un coágulo de sangre en el proceso. Pero esto no es todo: la eliminación de glóbulos rojos del cuerpo también requiere que las ranas pasen por momentos de depresión metabólica, posiblemente utilizando procesos metabólicos no oxiativos cuando duermen.
En el laboratorio, estamos interesados en los mecanismos bioquímicos y fisiológicos que regulan la coagulación de la sangre y la anticoagulación local de las ranas de cristal, y en los mecanismos fisiológicos que permiten cambios metabólicos dinámicos para mantener la transparencia. También estamos interesados en los mecanismos convergentes que condujeron a fenotipos transparentes entre los anuros (p. ej., hyperolidos, mantelidos, hylidos, centrolenidos)
Para abordar estas preguntas, utilizamos un enfoque altamente interdisciplinario que utiliza métodos bioquímicos, transcriptómica cuantitativa, respirometría y varias modalidades de imágenes de microscopía en colaboración con el Dr. Jesse Delia en el AMNH, el Prof. Junjie Yao en la Universidad de Duke, el Prof. Sönke Johnsen en Duke University, Prof. Lingyan Shi en UCSD, y Prof. Alisa Wolberg en UNC.
Para abordar estas preguntas, utilizamos un enfoque altamente interdisciplinario que utiliza métodos bioquímicos, transcriptómica cuantitativa, respirometría y varias modalidades de imágenes de microscopía en colaboración con el Dr. Jesse Delia en el AMNH, el Prof. Junjie Yao en la Universidad de Duke, el Prof. Sönke Johnsen en Duke University, Prof. Lingyan Shi en UCSD, y Prof. Alisa Wolberg en UNC.
Otros mecanismos de transparencia: reducción en la dispersión de luz de los tejidos
Previamente mostramos que uno de los factores clave que controlan la transparencia en las ranas de cristal se basa en la substracción los glóbulos rojos de la circulación seguida de su empaquetamiento dentro del hígado mientras las ranas duermen.
A pesar de ser uno de los componentes más importantes de la transparencia del organismo, la minimización de la absorción de luz mediante la reducción de la concentración de pigmentos respiratorios es solo una parte de un conjunto de mecanismos complejos que facilitan la propagación de la luz a través y dentro de los tejidos de las ranas.
La transparencia se produce cuando la luz no se absorbe ni se dispersa. En biología, muchos tejidos son opacos porque disperan mucha luz, y esto ocurre intependientemente de la presencia de pigmentos. Por ejemplo, esta es la razón por la cual los fenotipos albinos en todo el reino animal no son transparentes. Ahora bien, una forma de minimizar la dispersión de la luz consiste en la minimización de los diferencias en el índice de refracción de los componentes tisulares que en última instancia son los responsables de la dispersión de la luz.
En el laboratorio estamos interesados en los mecanismos ultraestructurales y químicos que crean la asombrosa transparencia de la piel y los músculos de las ranas de cristal. Para ello utilizamos una combinación de técnicas de imágenes, bioquímicas, e in silico para aislar los componentes estructurales que minimizan la dispersión. Nos interesa especialmente la búsqueda de agentes de clarificación: sustancias que alteran el índice de refracción de un medio para minimizar las diferencias entre los componentes de los tejidos.