蛙類奇葩

李忠東

世界上有不少動(dòng)物是透明的，但以生活在水中的居多，如一些魚(yú)、蝦、水母、蠕蟲(chóng)。但在中美洲和南美洲的熱帶雨林中，生活著一種能夠控制自己身體使之透明的樹(shù)蛙，被稱為“玻璃蛙”，共計(jì)有60多種。在繁殖季節(jié)，它們會(huì)在懸于雨林小溪上方的樹(shù)葉上產(chǎn)卵，雌雄玻璃蛙會(huì)安靜地守護(hù)在卵的旁邊，以確保所產(chǎn)的卵不會(huì)變干，同時(shí)保護(hù)這些卵免遭寄生蟲(chóng)和小型捕食昆蟲(chóng)的傷害。蝌蚪孵化出來(lái)后，就會(huì)掉入樹(shù)葉下方的水中，直到在水中長(zhǎng)出了四肢，再跳回樹(shù)上。

玻璃蛙的皮膚主要呈綠色，具有極好的滲透功能，對(duì)環(huán)境的變化非常敏感，能提供有關(guān)環(huán)境退化和氣候變化影響的早期預(yù)警。這些變化的反應(yīng)，很像大自然的“晴雨表”。隨著人類生活對(duì)自然環(huán)境的影響，玻璃蛙的生存環(huán)境遭到破壞，許多品種已經(jīng)被列為瀕危物種。

玻璃蛙只有曲別針大小，是一種夜行動(dòng)物。當(dāng)它們白天趴在淡黃色或者綠色的葉子上睡覺(jué)時(shí)，會(huì)與葉子融為一體，其背部皮膚的花紋和葉脈的紋路相似。為了不被蜘蛛、蛇等天敵捕食，玻璃蛙的綠色皮膚變成透明的，身體在日光照射之下如同露珠。透過(guò)腹部透明的皮膚，可以看到它們的骨架、血管、腸道和正在強(qiáng)有力跳動(dòng)著的心臟。精致的綠色透明身體不會(huì)投射陰影，對(duì)于從上方或下方經(jīng)過(guò)的鳥(niǎo)類和其他捕食者而言幾乎是隱形的，即便是人類，也很難找到它們的蹤跡。到了夜間，玻璃蛙便醒來(lái)覓食或交配，身體呈現(xiàn)出一種不透明的紅棕色。

美國(guó)杜克大學(xué)生物學(xué)家卡洛斯·塔沃阿達(dá)對(duì)玻璃蛙的這種隨意隱身能力感到好奇。觀察后發(fā)現(xiàn)，與活動(dòng)時(shí)相比，玻璃蛙睡眠期間的身體透明度高出34%～61%。它們變透明是為了保護(hù)自身安全，因?yàn)樗X(jué)時(shí)最容易遭受攻擊。隱藏狀態(tài)是玻璃蛙適應(yīng)自然的結(jié)果，身體變透明或與血管中缺乏紅細(xì)胞有關(guān)。

塔沃阿達(dá)和他的研究團(tuán)隊(duì)利用光聲成像技術(shù)，獲得玻璃蛙紅細(xì)胞吸收光線時(shí)產(chǎn)生的超聲波圖像，揭開(kāi)了這種樹(shù)蛙的隱身秘密。玻璃蛙的皮膚和其他組織本身是透明的，通常情況下是體內(nèi)循環(huán)的血液讓它們顯出形狀。玻璃蛙在白天睡覺(jué)時(shí)，有將近90%的紅細(xì)胞集中在肝臟“隱藏”起來(lái)，而其他樹(shù)蛙的肝臟通常儲(chǔ)藏僅12%的紅細(xì)胞。透明狀態(tài)下，玻璃蛙也會(huì)縮小并聚集大部分內(nèi)臟。

厄瓜多爾基多圣弗朗西斯科大學(xué)的生物學(xué)家胡安·曼努埃爾·瓜亞薩明指出，這項(xiàng)研究完美揭示了玻璃蛙如何通過(guò)將血液“隱藏”在肝臟而令身體變得透明。已知的其他透明動(dòng)物都沒(méi)有在身體內(nèi)移動(dòng)大量血液的行為，這種睡覺(jué)時(shí)藏血的技巧似乎是玻璃蛙的獨(dú)門(mén)絕技。睡覺(jué)時(shí)，它們的血管中似乎沒(méi)有血液，醒來(lái)時(shí)血液開(kāi)始流動(dòng)，降低了身體透明度。

美國(guó)自然歷史博物館的生物學(xué)家杰西·迪莉亞認(rèn)為，這表明玻璃蛙的血液在一天中幾乎有12小時(shí)不輸送氧氣。只要有幾個(gè)小時(shí)的血液循環(huán)缺氧，大多數(shù)動(dòng)物就會(huì)死亡。玻璃蛙的這一行為為何不會(huì)危及生命，以及究竟是如何做到的，目前尚不清楚。另外，血液濃縮得如此稠密會(huì)導(dǎo)致致命的凝血。玻璃蛙將大量紅細(xì)胞集中于身體某一部位卻沒(méi)有凝血，而且活得很好，這令研究人員百思不解。解開(kāi)這個(gè)謎題將有助于探索治療人類凝血功能異常疾病的更好方法，為抗凝血藥物的開(kāi)發(fā)提供有用的線索。

玻璃蛙是一種體長(zhǎng)2至3厘米的夜行動(dòng)物

木蛙在北美隨處可見(jiàn)，是生活在北極地區(qū)的唯一一種兩棲動(dòng)物?？岷臉O地氣候常常使冬季夜晚的溫度降至-9°C至-18°C的低溫，但木蛙卻凍不死，隨氣溫下降它把自己凍成一塊冰。等到天氣回暖，木蛙體內(nèi)外的冰塊逐漸融化，幾個(gè)小時(shí)后就能夠恢復(fù)活蹦亂跳的行動(dòng)能力。

研究人員利用核磁共振對(duì)冷凍和解凍過(guò)程中的木蛙進(jìn)行成像，發(fā)現(xiàn)它們身體的結(jié)冰過(guò)程從邊緣的肢體部位開(kāi)始，以特定方向逐漸蔓延至體內(nèi)，整個(gè)過(guò)程持續(xù)4個(gè)多小時(shí)。當(dāng)氣溫降到0°C以下，在10分鐘內(nèi)，木蛙的皮膚組織開(kāi)始結(jié)冰；3小時(shí)后，動(dòng)脈和靜脈血管冰凍，心臟和大腦停止運(yùn)作，但肝臟依然保持著未凍結(jié)的狀態(tài)，不過(guò)體積大大縮?。辉?4小時(shí)之內(nèi)，其65%的身體會(huì)被凍住，肝臟也慢慢地開(kāi)始結(jié)冰，最終全身結(jié)成冰塊，保持長(zhǎng)達(dá)8個(gè)月的“冰凍”狀態(tài)。

而解凍的過(guò)程完全相反。當(dāng)外界溫度恢復(fù)到0°C以上時(shí)，木蛙的內(nèi)臟首先解凍，再向全身各部位蔓延開(kāi)去；到52分鐘時(shí)，肝臟成為最先完全解凍的器官，不過(guò)體積尚未能恢復(fù)到原始狀態(tài)；慢慢地，木蛙四肢的肌肉組織也開(kāi)始解凍；3小時(shí)后，心臟完全恢復(fù)運(yùn)作，血液再次灌注到血管和肝臟之中。

木蛙隨氣溫下降把自己凍成一個(gè)造型奇特的堅(jiān)硬“冰雕”

當(dāng)外界溫度恢復(fù)到0℃以上時(shí)，木蛙慢慢解凍，恢復(fù)活蹦亂跳的行動(dòng)能力

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，在木蛙的耐凍特性中，肝臟發(fā)揮著重要作用。每年的夏季和秋季，它們的肝臟就會(huì)儲(chǔ)備大量的肝糖原。等到了冬季環(huán)境溫度開(kāi)始降低時(shí)，肝臟會(huì)快速分解肝糖原，在體內(nèi)產(chǎn)生大量葡萄糖，并通過(guò)提高心率的方式，盡可能地讓葡萄糖以最快的速度分布全身。不同器官和組織對(duì)葡萄糖的攝取能力不同，大腦和腹部等核心器官內(nèi)的葡萄糖濃度高于骨骼?。M紋肌的一種，附著在骨骼上的肌肉）或皮膚等外周組織。對(duì)細(xì)胞而言，葡萄糖是一種很好的冷凍保護(hù)劑。這就相當(dāng)于在器官周圍安上了一個(gè)大冰窯，保護(hù)了器官的完好功能。

此外，當(dāng)環(huán)境溫度變得寒冷時(shí)，木蛙體內(nèi)的基因會(huì)啟動(dòng)血液中的冰晶核蛋白。冰晶核蛋白屬于一種冰結(jié)合蛋白，是木蛙忍耐冰凍的絕佳“武器”：它能夠限制冰晶只在細(xì)胞外形成，而且在細(xì)胞外多處形成小冰晶，以避免形成大冰塊損傷細(xì)胞。除此之外，冰晶核蛋白還能通過(guò)降低冰晶形成的速率，使細(xì)胞滲透壓變化放緩，在安全的情況下逐漸脫水，平穩(wěn)進(jìn)入休眠期。

木蛙還有一種“保命機(jī)制”——在低溫環(huán)境下，通過(guò)DNA修飾和調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)錄因子（基因表達(dá)的重要調(diào)節(jié)因子，通過(guò)與DNA結(jié)合來(lái)調(diào)節(jié)基因的轉(zhuǎn)錄水平），適度改變某些基因的表達(dá)。例如，在冷凍狀態(tài)下不可避免地要面對(duì)氧氣缺失的情況，這個(gè)時(shí)候木蛙就會(huì)對(duì)線粒體中參與有氧呼吸的相關(guān)基因進(jìn)行下調(diào)，使細(xì)胞能實(shí)現(xiàn)一定程度的“無(wú)氧呼吸供能”。再如，木蛙體內(nèi)的微核糖核酸microRNA，能根據(jù)環(huán)境溫度不同，調(diào)整凝血與抗氧化應(yīng)激相關(guān)基因和相關(guān)蛋白的穩(wěn)定性及活性，以在天氣回暖時(shí)降低氧化應(yīng)激對(duì)木蛙造成的危害。

值得一提的是，木蛙的尿液在抗凍防寒中也派上了大用場(chǎng)。它們?cè)陂L(zhǎng)達(dá)8個(gè)月的休眠期內(nèi)始終不排尿，這是因?yàn)樗鼈兡c道中的特有微生物能回收尿液中主要的代謝成分尿素。木蛙將回收的尿素轉(zhuǎn)換成有用的氮，讓自己在冬眠、內(nèi)外結(jié)凍時(shí)維系生命。

科學(xué)家從生物的抗凍機(jī)制中汲取靈感，例如，利用葡萄糖的類似物把大鼠肝臟的冷凍保存時(shí)間延長(zhǎng)到96小時(shí)。再如，通過(guò)一些小分子來(lái)抑制細(xì)胞的代謝，使得冷凍又復(fù)蘇的細(xì)胞的活力得以保持，大大減少DNA的損傷。這些研究成果不僅能給“冷凍人”帶來(lái)希望，還極大地推動(dòng)了再生醫(yī)學(xué)和器官移植等學(xué)科的發(fā)展。

1869年，英國(guó)博物學(xué)家阿爾弗雷德·拉塞爾·華萊士徒步穿越婆羅洲的熱帶雨林時(shí)，當(dāng)?shù)厝私o了他一個(gè)令人驚嘆的樹(shù)蛙標(biāo)本。根據(jù)當(dāng)?shù)厝说拿枋觯@只大樹(shù)蛙可以從一棵高高的樹(shù)上飛躍而下，用蹼狀的腳掌一次“飛行”15米。后來(lái)這種樹(shù)蛙被稱為“華萊士飛蛙”。婆羅洲是印度尼西亞的一個(gè)大島，這里樹(shù)木高大，枝葉繁茂，植物、鳥(niǎo)類和昆蟲(chóng)種類豐富。

華萊士飛蛙的別名為“黑掌樹(shù)蛙”，它們能隨天氣的變化而變換自身的顏色。在炎熱、明亮的陽(yáng)光下，它們的皮膚顏色會(huì)變淺；當(dāng)氣溫下降或天黑時(shí)，皮膚會(huì)變黑以吸收熱量。這些變化由皮膚細(xì)胞內(nèi)各種色素的增減引起，和周圍的環(huán)境完美融合以逃避天敵，像貓頭鷹和猴子這樣的食肉動(dòng)物很難發(fā)現(xiàn)它們，同時(shí)又使它們能夠輕易地接近獵物。這種能飛的樹(shù)蛙還有一雙又大又圓的眼睛，即使在黑暗中，也能發(fā)現(xiàn)昆蟲(chóng)最輕微的運(yùn)動(dòng)，并捕獲它們。

華萊士飛蛙身體扁平，胯部細(xì)，大而圓的獨(dú)特腳掌可以幫助攀爬并抓住垂直的表面，不讓身體從樹(shù)上掉下來(lái)。雨林中的樹(shù)木間隔很寬，飛蛙后腿長(zhǎng)而有力，不但能攀爬，而且善于在樹(shù)林中跳躍。對(duì)它們而言，縱身跳躍至2米遠(yuǎn)的樹(shù)枝上毫不費(fèi)力。

華萊士飛蛙經(jīng)常爬到樹(shù)木或植物的頂端，彈射到空中，張開(kāi)蹼狀的腳掌滑翔。其臀部和前后肢的外側(cè)有膚褶，不僅增加了體表面積，有助于在空中調(diào)節(jié)氣流，還能收縮腹部，增加升力。移動(dòng)腿或扭轉(zhuǎn)腳掌，能控制降落的方向?；璩蔀槿A萊士飛蛙從一個(gè)地方到另一個(gè)地方最有效的出行方式，也是躲避捕食者的最佳逃跑方案。

華萊士飛蛙沒(méi)有翅膀，它們做的只是滑翔，靠的是樹(shù)的高度、強(qiáng)有力的后腿、又大又圓的腳掌和滑翔時(shí)的身體控制。這種滑翔方式類似人類的翼裝飛行——飛行者從懸崖或山頂?shù)雀咛幰卉S而下，運(yùn)用肢體動(dòng)作來(lái)掌控滑翔方向，用身體進(jìn)行無(wú)動(dòng)力空中飛行，在到達(dá)安全極限的高度，飛行者將打開(kāi)降落傘平穩(wěn)著落。

滑翔成為華萊士飛蛙從一個(gè)地方到另一個(gè)地方最有效的出行方式，也是躲避捕食者的最佳逃跑方案

華萊士飛蛙大部分時(shí)間生活在樹(shù)上，只有到繁殖季節(jié)，需要產(chǎn)卵的時(shí)候，才會(huì)“飛”到地面。它們的卵連同一種被稱為“蛋白”的物質(zhì)一起被產(chǎn)出后，形成一種泡沫團(tuán)。不久后，這種泡沫團(tuán)就變得外殼堅(jiān)硬，但內(nèi)里卻仍能保持濕潤(rùn)狀態(tài)。蛙卵及其之后變成的蝌蚪就安全地待在里面，一直等到雨水到來(lái)，把它們沖進(jìn)池塘。

達(dá)爾文蛙由英國(guó)著名生物學(xué)家、博物學(xué)家達(dá)爾文發(fā)現(xiàn)。它們分布于智利和阿根廷的溫帶森林中，生活在河流近旁陰暗潮濕的山林中，以食用昆蟲(chóng)（如蠕蟲(chóng)）和小動(dòng)物為生。達(dá)爾文蛙是小型陸棲蛙類，身長(zhǎng)2.5～3.5厘米，膚色呈灰色、綠色或褐色，縱長(zhǎng)的背脊顏色略淡，深色斑點(diǎn)邊緣顏色稍淡，背部基本光滑，只有一些疣狀腺體，叫聲由喉部發(fā)出的鼾聲和咕嚕聲組成。

青蛙的繁殖方式是卵生、體外受精，將卵產(chǎn)在水中或水邊，為的是讓卵孵化成的蝌蚪能夠直接在水中生活，而達(dá)爾文蛙撫養(yǎng)幼蛙的方式卻與眾不同。到了繁殖季節(jié)，它們會(huì)從石頭、枯木等藏身之處出來(lái)。雌蛙將少數(shù)大型的白色卵團(tuán)產(chǎn)于潮濕的地面，之后雄蛙就會(huì)伏在卵上。等到蛙卵即將孵化的時(shí)候，雄蛙就會(huì)用舌頭把它們卷起并咽下去。這些卵既沒(méi)有吞進(jìn)雄蛙的胃，也沒(méi)有含在口腔里，而是藏在了又大又深的聲囊里。

達(dá)爾文蛙的育兒方式與眾不同

達(dá)爾文蛙被列為極度瀕危物種

聲囊是蛙發(fā)聲的地方，可以產(chǎn)生共鳴，讓聲音聽(tīng)起來(lái)非常洪亮，且可以傳播很遠(yuǎn)的距離。當(dāng)蛙呱呱鳴叫時(shí)，能看見(jiàn)鼓得像個(gè)球一樣的聲囊，可誰(shuí)能想到達(dá)爾文蛙還能將它當(dāng)“育兒室”用呢？蛙類產(chǎn)卵數(shù)量一般能達(dá)到萬(wàn)粒，而達(dá)爾文蛙的產(chǎn)卵數(shù)量?jī)H20～30粒，因?yàn)橥苈训玫搅送咨票Ｗo(hù)，后代才得以延續(xù)。在聲囊中孵化的蝌蚪從卵黃中汲取營(yíng)養(yǎng)，并從雄蛙那里獲得氧氣。3周后，蝌蚪們長(zhǎng)到大約1厘米后，雄蛙就會(huì)把嘴巴張開(kāi)，讓蝌蚪們跳出來(lái)，從此開(kāi)始獨(dú)立生活。由雄蛙來(lái)?yè)嵊淄艹砷L(zhǎng)，這在自然界是罕見(jiàn)的。

然而，達(dá)爾文蛙的生存狀況堪憂，《世界自然保護(hù)聯(lián)盟瀕危物種紅色名錄》已將其列為極度瀕危物種。在世界自然保護(hù)聯(lián)盟物種生存委員會(huì)兩棲動(dòng)物專家組的推動(dòng)和召集下，2017年制訂了達(dá)爾文蛙的保護(hù)計(jì)劃，并于2018年正式啟動(dòng)了達(dá)爾文蛙的跨國(guó)聯(lián)合保護(hù)戰(zhàn)略，計(jì)劃在2028年達(dá)成“評(píng)估獲得達(dá)爾文蛙種群現(xiàn)狀的關(guān)鍵信息，減少影響達(dá)爾文蛙生存的主要威脅，以及為相關(guān)保護(hù)行動(dòng)提供資金、法律和社會(huì)支持”的目標(biāo)。