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Ultrastructural changes in the dermal chromatophore unit of Hyla arborea during color change

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Summary

The structural changes in the chromatophores of Hyla arborea related to changes in skin color were studied by electron microscopy and reflectance microspectrophotometry. During a change from a light to a darker green color, the melanosomes of the melanophores disperse and finally surround the iridophores and partly the xanthophores. The iridophores change from cup-shape to a cylindrical or conical shape with a simultaneous change in the orientation of the platelets from being parallel to the upper surface of the iridophores to being more irregular. The xanthophores change from lens-shape to plate-shape. The color change from green to grey seems always to go through a transitional black-green or dark olive green to dark grey. During this change the xanthophores migrate down between the iridophores, and in grey skins they are sometimes found beneath them. The pterinosomes gather in the periphery of the cell, while the carotenoid vesicles aggregate around the nucleus. The iridophores in grey skin are almost ball-shaped with concentric layers of platelets. A lighter grey color arises from a darker grey by an aggregation of melanosomes. The chromatophore values previously defined for Hyla cinerea are applicable in Hyla arborea, and the ultrastructural studies support the assumptions previously made to explain these values.

Zusammenfassung

Die strukturellen Veränderungen der Chromatophoren beim Farbwechsel von Hyla arborea wurden mit Hilfe von Elektronenmikroskopie und Reflexions-Mikrospektrophotometrie untersucht. Während des Wechsels von einer hellgrünen zu einer dunkelgrünen Farbe breiten sich die Melanosomen aus, bis sie schließlich die Iridophoren und teilweise auch die Xanthophoren umhüllen; die becherförmigen Iridophoren werden zylinderoder kegelförmig. Gleichzeitig verändern die Purintäfelchen ihre Orientierung parallel zur Oberseite der Zelle und sind unregelmäßiger ausgerichtet; die linsenförmigen Xanthophoren werden plattenförmig. Der Wechsel von grüner zu grauer Färbung scheint stets über Schwarzgrün oder Dunkelolivgrün zu gehen. Die Xanthophoren keilen sich dann zwischen die Iridophoren ein und liegen in der grauen Haut oft unterhalb der letzteren; die Pterinosomen sammeln sich in der Peripherie der Zelle, während sich die Carotenoidvesikel um den Kern herum häufen. Die Iridophoren in der grauen Haut sind fast kugelförmig mit Purintäfelchen in konzentrischen Schichten. Eine hellgraue Färbung geht aus einer dunkelgrauen durch Aggregation der Melanosomen hervor. Die Chromatophorenwerte (“chromatophore values”), die Nielsen und Dyck (1978) für Hyla cinerea definierten, sind auch für Hyla arborea verwendbar; die Annahmen, die diesen Werten zugrunde liegen, werden jetzt ultrastrukturell gestützt.

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Correspondence to Dr. Hans Ingolf Nielsen.

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The author wishes to thank Drs. P. Budtz, J. Dyck and L.O. Larsen for valuable discussions and J. Dyck for kindly providing the spectrophotometer granted him by the Danish National Science Foundation. The skilled technical assistance of Mrs. E. Schiøtt Hansen is gratefully acknowledged. Permission was granted by the Springer-Verlag to republish the illustrations of W.J. Schmidt (1920)

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Nielsen, H.I. Ultrastructural changes in the dermal chromatophore unit of Hyla arborea during color change. Cell Tissue Res. 194, 405–418 (1978). https://doi.org/10.1007/BF00236162

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Key words

  • Hyla arborea
  • Reflectance spectrophotometry
  • Ultrastructure
  • Color change
  • Chromatophores