Giải mã làn da xanh ở loài ếch

Nhiều loài ếch xanh có cơ chế sinh hóa đặc biệt, cho phép tạo ra sắc tố điều chỉnh ánh sáng giống với màu của thảm thực vật xung quanh.

Ếch xanh Bắc Mỹ (Lithobates clamitans melanota). Ảnh: Wikipwdia.

Làn da là công cụ hoàn hảo cho phép ếch ẩn mình trong môi trường có nhiều lá cây. Việc ngụy trang tốt giúp chúng dễ dàng săn mồi và trốn tránh kẻ thù.

Hầu hết các loài ếch xanh đều sở hữu cấu trúc kiểm soát màu sắc trên da được gọi là chromatophore. Những tế bào sắc tố này sử dụng tinh thể để bẻ cong ánh sáng và biến nó thành màu xanh lá cây. Tuy nhiên, vẫn có những trường hợp ngoại lệ.

Trong một nghiên cứu được công bố trong tuần này trên tạp chí PNAS của Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia Mỹ, các nhà khoa học cho biết đã tìm thấy hàng trăm loài ếch xanh có lớp da gần như trong suốt và chứa rất ít chromatophore. Màu xanh của chúng – được tìm thấy trong bạch huyết, mô mềm và thậm chí là nằm sâu trong xương – có nguồn gốc từ một cơ chế sinh hóa đặc biệt, bằng cách kết hợp một loại protein chống virus thông thường với một sản phẩm phụ độc hại từ quá trình phân hủy máu

Khám phá do nhà nghiên cứu sau tiến sĩ Carlos Taboada từ Đại học Duke của Mỹ dẫn đầu đã giúp giải mã một số bí ẩn lâu đời về ếch xanh và qua đó, một lần nữa cho thấy sự kỳ diệu của tạo hóa.

Các nhà khoa học từ lâu đã đi tìm lời lý giải cho những loài ếch chứa lượng lớn sắc tố mật có tên là biliverdin – sản phẩm phụ của việc phá vỡ các tế bào hồng cầu cũ. Sắc tố này thường được coi là một chất độc được lọc ra từ gan và cần bài tiết càng nhanh càng tốt. Lượng biliverdin được tìm thấy ở những con ếch này nhiều gấp bốn lần so với những người mắc bệnh gan nặng nhất, và gấp 200 lần so với những con ếch xanh có tế bào sắc tố chromatophore.

Để hiểu rõ hơn về cơ chế sinh hóa này, nhóm nghiên cứu đã tập trung vào loài ếch cây đốm Nam Mỹ (Boana puncata). Họ đã phân lập được một loại protein gọi là biliverdin-binding serpin (BBS). BBS thuộc dòng chất ức chế protease – loại protein thường tham gia vào quá trình tái tạo của virus và giải độc enzyme.

Ếch cây đốm xanh Nam Mỹ. Ảnh: M. Dewynter.

Khi mắt người quan sát thấy một thứ màu xanh lá cây, ta nên gọi màu sắc thực của nó là “mọi màu khác trừ màu xanh lá cây”, bởi vật đó đã hấp thụ tất cả các màu trong ánh sáng trắng trừ màu lục. Màu ta nhìn thấy về bản chất là tần số ánh sáng mà nó không hấp thụ được phản chiếu trở lại mắt chúng ta, nhóm nghiên cứu giải thích.

Bản thân sắc tố mật biliverdin cũng có màu xanh – màu giống như vết bầm lâu ngày. Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng BBS kéo dài hình dạng xoắn ốc của biliverdin để điều chỉnh độ hấp thụ ánh sáng của nó, làm cho nó có màu xanh cyan (màu pha trộn giữa xanh lam và xanh lục). Khi màu xanh lơ này kết hợp với một số sắc tố màu vàng nằm rải rác trong da, chúng sẽ hiển thị màu xanh lục. Theo cơ chế này, BBS cũng làm cho biliverdin trở nên ít độc hại hơn.

“Protein BBS có đặc tính quang phổ hoặc tính chất hấp thụ ánh sáng giống như một số sắc tố thực vật”, Taboada cho hay. “Các tính chất ánh sáng của nó rất giống với những gì chúng ta thấy trong protein thực vật phytochrome, nhưng ở đây là một loại protein hoàn toàn khác.”

Đó là một sự thích ứng thông minh trong chức năng hóa sinh ở động vật có xương sống. Taboada cho biết cơ chế này đã tiến hóa hơn 40 lần trên 11 họ khác nhau, hầu hết là ếch cây ở vùng Madagascar, Nam Mỹ và Đông Nam Á.

“Vì vậy, đây có thể được coi là một sự tiến hóa hội tụ. Việc sống trên cây đã khiến chúng phát triển ra cách thức khác để tạo màu. Nghiên cứu này là một cuộc du hành giữa thế giới sinh học phân tử, hóa sinh và sinh thái học”, Taboada nhấn mạnh.