Les Glassfrogs cachent les globules rouges dans leur foie pour devenir transparents

Oct 26, 2023

27 décembre 2022 | Michaela Kane

Des chercheurs découvrent enfin comment une espèce de grenouille devient un maître du camouflage grâce aux techniques modernes d'imagerie biomédicale

Les grenouilles de verre se rendent transparentes pendant qu'elles se reposent en prélevant les globules rouges de la circulation et en les dissimulant dans leur foie. Une équipe multi-universitaire de biologistes et d'ingénieurs biomédicaux a montré comment ces grenouilles deviennent transparentes dans une étude publiée le 23 décembre dans la revue Science.

Il est facile de rater une grenouille de verre dans son environnement naturel. La grenouille de verre du nord, Hyalinobatrachium fleischmanni, ne mesure pas plus de quelques centimètres et est plus active la nuit, lorsque sa peau verte l'aide à se fondre dans les feuilles et le feuillage environnants.

Mais ces amphibiens deviennent de véritables maîtres du camouflage pendant la journée lorsqu'ils dorment.

"Lorsque les grenouilles de verre se reposent, leurs muscles et leur peau deviennent transparents, et seuls leurs os, leurs yeux et leurs organes internes sont visibles", a déclaré Carlos Taboada, chercheur postdoctoral à Duke et co-premier auteur de l'article. "Ces grenouilles dorment au fond de grandes feuilles, et lorsqu'elles sont transparentes, elles peuvent parfaitement s'harmoniser avec les couleurs de la végétation."

De nombreux animaux marins peuvent changer la couleur de leur peau ou devenir complètement transparents, mais c'est une compétence beaucoup moins courante sur terre. L’une des raisons pour lesquelles la transparence est si difficile à atteindre est la présence de globules rouges dans le système circulatoire. Les globules rouges sont capables d’absorber la lumière verte, qui est la couleur de la lumière généralement réfléchie par les plantes et autres végétaux. En retour, ces cellules riches en oxygène réfléchissent la lumière rouge, rendant le sang –– et par extension le système circulatoire –– très visible, en particulier sur une feuille vert vif.

Les grenouilles de verre font partie des seuls vertébrés terrestres capables d'atteindre la transparence, ce qui en a fait une cible d'étude. Taboada a commencé à étudier les grenouilles de verre en tant que chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Sönke Johnsen, professeur de biologie à Duke spécialisé dans l'étude de la transparence. En collaboration avec Jesse Delia, qui a voyagé à travers le monde pour collecter différentes grenouilles de verre pour l'étude, ils ont observé que les globules rouges semblaient disparaître du sang en circulation chaque fois que les grenouilles devenaient transparentes.

Ils ont effectué des tests d’imagerie supplémentaires sur les animaux, prouvant via des modèles optiques que les animaux étaient capables d’atteindre la transparence parce qu’ils poussaient les globules rouges hors de leurs vaisseaux. Il soupçonnait que les cellules étaient stockées dans l'un des organes internes de la grenouille, enveloppés dans une membrane réfléchissante.

Pour un animal transparent, sa biologie était incroyablement difficile à déchiffrer. La recherche s'est appuyée sur l'expertise de biologistes et d'ingénieurs biomédicaux non seulement à Duke mais aussi au Musée américain d'histoire naturelle, à l'Université de Stanford et à l'Université de Californie du Sud.

"Si ces grenouilles sont éveillées, stressées ou sous anesthésie, leur système circulatoire est plein de globules rouges et elles sont opaques", a expliqué Delia, aujourd'hui postdoctorante au Musée américain d'histoire naturelle. « La seule façon d’étudier la transparence est de savoir si ces animaux dorment paisiblement, ce qui est difficile à réaliser dans un laboratoire de recherche. Nous nous sommes vraiment cognés la tête contre le mur pour trouver une solution.

Mais Taboada avait découvert une technologie d'imagerie appelée microscopie photoacoustique, ou PAM, lorsqu'il étudiait la biliverdine, le composé qui donne à certaines espèces de grenouilles leur couleur verte caractéristique. Le PAM consiste à projeter un faisceau laser sûr dans les tissus, qui est ensuite absorbé par des molécules et converti en ondes ultrasonores. Ces ondes sonores sont ensuite utilisées pour réaliser des images biomédicales détaillées des molécules. L’outil d’imagerie est non invasif, silencieux, sensible et, par chance, disponible chez Duke.

"PAM est l'outil idéal pour l'imagerie non invasive des globules rouges car il n'est pas nécessaire d'injecter des agents de contraste, ce qui serait très difficile pour ces grenouilles", a expliqué Junjie Yao, professeur adjoint de génie biomédical à Duke, spécialisé dans les technologies PAM. « Les globules rouges eux-mêmes fournissent le contraste, car différents types de cellules absorbent et réfléchissent différentes longueurs d’onde de lumière. Nous pourrions optimiser nos systèmes d’imagerie pour rechercher spécifiquement les globules rouges et suivre la quantité d’oxygène circulant dans le corps des grenouilles.