African Clawed Frog

Den afrikanske frø med kløer (Xenopus laevis, også kendt som xenopus, African clawed toad, African claw-toed frog eller platanna) er en art af afrikansk vandfrø af familien Pipidae. Dens navn stammer fra de tre korte kløer på hver bagfod, som den bruger til at rive sin føde fra hinanden. Ordet Xenopus betyder “mærkelig fod”, og laevis betyder “glat”.

Arten findes i store dele af Afrika syd for Sahara (Nigeria og Sudan til Sydafrika) og i isolerede, indførte populationer i Nordamerika, Sydamerika og Europa. Alle arter i familien Pipidae er tungeløse, tandløse og helt vandlevende. De bruger deres hænder til at skubbe føde ind i munden og ned i halsen og en hyobranchialpumpe til at trække eller suge ting ind i munden. Pipidae har kraftige ben til at svømme og springe efter føde. De bruger også kløerne på deres fødder til at rive stykker af store fødeemner i stykker. De har ingen ydre trommehinder, men i stedet underhudede bruskskiver, der tjener samme funktion. De bruger deres følsomme fingre og lugtesans til at finde føde. Pipidae er ådselsædere og spiser næsten alt levende, døende eller dødt og enhver form for organisk affald.

Beskrivelse

Disse frøer er talrige i damme og floder inden for den sydøstlige del af Afrika syd for Sahara. De er vandlevende og er ofte grønlig-grå i farven. Albino-varianter sælges almindeligvis som kæledyr. Afrikanske kløfrøer af “vild type” sælges også ofte som kæledyr, og de bliver ofte fejlagtigt betegnet som congo-frøer eller afrikanske dværgfrøer på grund af deres lignende farvetegninger. De kan let skelnes fra afrikanske dværgfrøer, fordi afrikanske kløfrøer kun har svømmefødder på bagfødderne, mens afrikanske dværgfrøer har svømmefødder på alle fire fødder.

De formerer sig ved at befrugte æg uden for hunnens krop (se frøernes formering). Af de syv amplexusformer (stillinger, som frøer parrer sig i) findes disse frøer ynglende i inguinal amplexus, hvor hannen omklamrer hunnen foran hunnens bagben og klemmer, indtil æggene kommer ud. Æggene bliver derefter befrugtet.

Klofrøerne er de eneste padder, der har egentlige kløer, som bruges til at klatre og makulere føde som fisk eller haletudser. De lægger deres æg fra vinter til forår. I de våde regntider rejser de til andre damme eller vandpytter for at søge efter føde. I tørkeperioder kan kløfrøerne grave sig ned i mudderet og blive inaktive i op til et år.

Xenopus laevis er kendt for at kunne overleve 15 år eller mere i naturen og 25-30 år i fangenskab. De smider deres hud hver sæson og spiser deres egen hud, som de selv smider.

Og selv om hannerne mangler en stemmesæk, afgiver de et parringskald bestående af skiftevis lange og korte triller ved at trække de intrinsiske larynxmuskler sammen. Hunnerne svarer også stemmemæssigt og signalerer enten accept (en rappende lyd) eller afvisning (langsom tikken) af hannen. Denne frø har glat glat hud, som er flerfarvet på ryggen med pletter af olivengrå eller brun farve. Undersiden er cremehvid med et gult skær.

Hanfrøer og hunfrøer kan let skelnes gennem følgende forskelle. Hanfrøer er normalt ca. 20 % mindre end hunnerne og har slanke kroppe og ben. Hannerne laver parringskald for at tiltrække hunnerne, der lyder meget som en græshoppe, der kalder under vandet. Hunnerne er større end hannerne og virker langt mere fyldige med hofteagtige udbulninger over bagbenene (hvor deres æg er placeret indvendigt).

Både hanner og hunner har en kloak, som er et kammer, hvorigennem fordøjelses- og urinafføringsaffald passerer, og hvorigennem de reproduktive systemer også tømmes. Kloakken tømmes gennem ventilen, som hos krybdyr og padder er en enkelt åbning for alle tre systemer.

I naturen

Den monogene protopolystoma xenopodis, en parasit i urinblæren hos Xenopus laevis

I naturen er Xenopus laevis hjemmehørende i vådområder, damme og søer i hele tørre/semiaride områder i Afrika syd for Sahara. Xenopus laevis og Xenopus muelleri forekommer langs den vestlige grænse af det store afrikanske rift. Befolkningen i Afrika syd for Sahara er generelt meget fortrolig med denne frø, og nogle kulturer bruger den som en proteinkilde, et afrodisiakum eller som frugtbarhedsmedicin. To historiske udbrud af priapisme er blevet kædet sammen med indtagelse af frøben fra frøer, der har spist insekter, der indeholder cantharidin.

Xenopus laevis i naturen er almindeligvis inficeret af forskellige parasitter, herunder monogeneaner i urinblæren.

Anvendelse i forskning

Xenopus-embryoner og -æg er et populært modelsystem til en lang række biologiske undersøgelser. Dette dyr anvendes i vid udstrækning på grund af dets kraftfulde kombination af eksperimentel føjelighed og tæt evolutionært slægtskab med mennesker, i hvert fald sammenlignet med mange modelorganismer. For en mere omfattende diskussion af brugen af disse frøer i biomedicinsk forskning, se Xenopus.

I begyndelsen af 1930’erne udviklede to sydafrikanske forskere, Hillel Shapiro og Harry Zwarenstein, som var studerende hos Lancelot Hogben på Cape Town University, en test for graviditet hos mennesker ved at injicere kvindens urin i en Xenopus laevis-frø. Hvis frøen havde ægløsning, var kvinden gravid. Denne enkle og pålidelige test blev anvendt overalt i 1930’erne og frem til 1960’erne.

Xenopus har længe været et vigtigt redskab til in vivo-undersøgelser inden for molekylær-, celle- og udviklingsbiologi hos hvirveldyr. Den store bredde i Xenopus-forskningen skyldes imidlertid også, at cellefrie ekstrakter fremstillet af Xenopus er et førsteklasses in vitro-system til undersøgelser af grundlæggende aspekter af celle- og molekylærbiologi. Xenopus er således det eneste modelsystem for hvirveldyr, der giver mulighed for in vivo-analyser med højt gennemløb af genfunktion og biokemi med højt gennemløb. Endelig er Xenopus-oocytter et førende system til undersøgelser af ionetransport og kanalfysiologi.

Selv om X. laevis ikke har den korte generationstid og genetiske enkelhed, der generelt ønskes i genetiske modelorganismer, er det en vigtig modelorganisme inden for udviklingsbiologi, cellebiologi, toksikologi og neurobiologi. X. laevis er 1-2 år om at nå kønsmodning, og som de fleste af dens slægt er den tetraploid. Den har dog et stort og let manipulerbart embryon. Den lette manipulerbarhed af paddeembryoner har givet dem en vigtig plads i historisk og moderne udviklingsbiologi. En beslægtet art, Xenopus tropicalis, er nu ved at blive fremhævet som en mere levedygtig model for genetik.

Roger Wolcott Sperry brugte X. laevis til sine berømte eksperimenter, der beskrev udviklingen af det visuelle system. Disse eksperimenter førte til formuleringen af kemoaffinitetshypotesen.

Xenopus oocytter udgør et vigtigt ekspressionssystem for molekylærbiologi. Ved at injicere DNA eller mRNA i oocytten eller i et embryo under udvikling kan forskerne studere proteinprodukterne i et kontrolleret system. Dette giver mulighed for hurtig funktionel ekspression af manipulerede DNA’er (eller mRNA). Dette er særlig nyttigt inden for elektrofysiologi, hvor den nemme optagelse fra oocytten gør ekspression af membrankanaler attraktiv. En af udfordringerne ved oocytarbejde er at udelukke indfødte proteiner, som kan forvirre resultaterne, f.eks. membrankanaler, der er indfødte i oocytten. Translation af proteiner kan blokeres, eller splejsning af pre-mRNA kan ændres ved injektion af Morpholino antisense oligoer i oocytten (til fordeling i hele embryoet) eller i det tidlige embryo (til fordeling kun i datterceller af den injektionscelle, der er blevet injiceret).

Ekstrakter fra æg fra X. laevis-frøer anvendes også almindeligvis til biokemiske undersøgelser af DNA-replikation og reparation, da disse ekstrakter fuldt ud understøtter DNA-replikation og andre relaterede processer i et cellefrit miljø, der muliggør lettere manipulation.

Det første hvirveldyr, der nogensinde er blevet klonet, var en afrikansk frø med kløer, et eksperiment, som Sir John Gurdon fik Nobelprisen i fysiologi eller medicin for i 2012 “for opdagelsen af, at modne celler kan omprogrammeres til at blive pluripotente”.

Dertil kommer, at flere afrikanske kløfrøer var til stede på rumfærgen Endeavour (som blev sendt ud i rummet den 12. september 1992), så forskerne kunne teste, om reproduktion og udvikling kunne foregå normalt i tyngdefrihed.

Xenopus laevis er også kendt for sin anvendelse i den første udbredte metode til graviditetstest, efter at Lancelot Hogben opdagede, at urinen fra gravide kvinder fremkaldte X. laevis-ægproduktion. Human choriongonadotropin (HCG) er et hormon, der findes i betydelige mængder i urinen fra gravide kvinder. I dag injiceres kommercielt tilgængeligt HCG i Xenopus-hanner og -hunner for at fremkalde parringsadfærd og for at opdrætte disse frøer i fangenskab på et hvilket som helst tidspunkt af året.

Xenopus laevis tjener også som et ideelt modelsystem til undersøgelse af apoptosemekanismerne. Jod og thyroxin stimulerer nemlig den spektakulære apoptose af cellerne i larvernes gæller, hale og finner i amfibiernes metamorfose og stimulerer udviklingen af deres nervesystem, der forvandler den vandlevende, vegetariske haletudse til den terrestriske, kødædende frø.

Genomsekventering

Det tidlige arbejde med sekventering af X. laevis-genomet blev påbegyndt, da Wallingford- og Marcotte-laboratorierne opnåede finansiering fra Texas Institute for Drug and Diagnostic Development (TI3D) i forbindelse med projekter, der blev finansieret af National Institutes of Health. Arbejdet blev hurtigt udvidet til at omfatte de novo-rekonstruktion af X. laevis-transskriptioner i samarbejde med grupper rundt om i verden, der donerede Illumina Hi-Seq RNA-sekventeringsdatasæt fra Illumina. Genomsekventering foretaget af Rokhsar og Harland-grupperne (UC Berkeley) og af Taira og samarbejdspartnere (University of Tokyo, Japan) gav et stort skub til projektet, som med yderligere bidrag fra forskere i Nederlandene, Korea, Canada og Australien førte til offentliggørelse af genomsekvensen og dens karakterisering i 2016.

Online Model Organism Database

Xenbase er Model Organism Database (MOD) for både Xenopus laevis og Xenopus tropicalis. Xenbase er vært for alle detaljer og udgivelsesoplysninger vedrørende det aktuelle Xenopus laevis-genom (9.1).

Som kæledyr

Xenopus laevis er blevet holdt som kæledyr og forskningsobjekter så tidligt som i 1950’erne. De er ekstremt hårdføre og langlivede, idet de har været kendt for at leve op til 20 eller endog 30 år i fangenskab.

Afrikanske kløfrøer bliver ofte fejlagtigt betegnet som afrikanske dværgfrøer i dyrehandlere. Identificerbare forskelle er:

• Dværgfrøer har fire svømmefødder. Afrikanske kløfrøer har svømmefødder med svømmehud på bagfødderne, mens deres forfødder har selvstændige fingre.
• Afrikanske dværgfrøer har øjne placeret på siden af hovedet, mens afrikanske kløfrøer har øjne på toppen af hovedet.
• Afrikanske kløfrøer har krumme, flade snuder. Snuden hos en afrikansk dværgfrø er spids.

Som skadedyr

Afrikanske kløfrøer er glubske rovdyr og tilpasser sig nemt til mange levesteder. Af denne grund kan de let blive en skadelig invasiv art. De kan bevæge sig over korte afstande til andre vandområder, og det er endda dokumenteret, at nogle af dem kan overleve milde frostgrader. Det er blevet påvist, at de ødelægger indfødte populationer af frøer og andre skabninger ved at spise deres unger.

I 2003 blev der opdaget Xenopus laevis-frøer i en dam i San Franciscos Golden Gate Park. Der er nu stor debat i området om, hvordan man kan udrydde disse skabninger og forhindre dem i at sprede sig. Det er uvist, om disse frøer er kommet ind i San Francisco-økosystemet ved bevidst udsætning eller ved at slippe ud i naturen. Embedsmænd i San Francisco har tømt Lily Pond og indhegnet området for at forhindre frøerne i at flygte til andre damme i håb om, at de sulter ihjel.

På grund af hændelser, hvor disse frøer blev sat ud og fik lov til at slippe ud i naturen, er det ulovligt at eje, transportere eller sælge afrikanske kløfrøer uden tilladelse i følgende stater i USA: Arizona, Californien, Kentucky, Louisiana, New Jersey, North Carolina, Oregon, Vermont, Virginia, Hawaii, Nevada og staten Washington. Det er dog lovligt at eje Xenopus laevis i New Brunswick (Canada) og Ohio.

Der findes vildtlevende kolonier af Xenopus laevis i South Wales i Det Forenede Kongerige.

Den afrikanske kløfrø kan være en vigtig vektor og den oprindelige kilde til Batrachochytrium dendrobatidis, en chytridesvamp, der er blevet inddraget i den drastiske nedgang i paddebestandene i mange dele af verden. I modsætning til mange andre paddearter (herunder den nært beslægtede vestlige kløfrø), hvor denne chytridesvamp forårsager sygdommen Chytridiomycosis, synes den ikke at påvirke den afrikanske kløfrø, hvilket gør den til en effektiv bærer.