深海世界：這些深海魚(yú)可吸收超過(guò)99.5%的光線


圖示為超黑魚(yú)類之一（Anoplogaster cornuta）。這條魚(yú)在被取樣并記錄后非常活躍，因此研究團(tuán)隊(duì)在用拖網(wǎng)捕獲它的第二天通過(guò)潛水艇把它放回了深海。在《當(dāng)代生物學(xué)》雜志上，由史密森尼國(guó)家自然歷史博物館的研究動(dòng)物學(xué)家Karen Osborn和杜克大學(xué)的生物學(xué)家S?nke Johnsen領(lǐng)導(dǎo)的研究團(tuán)隊(duì)報(bào)告，某些魚(yú)的皮膚上，包裹色素的顆粒有一種獨(dú)特的排列方式，幾乎能吸收所有照射在上面的光線，僅 0.05% 的光會(huì)被反射。圖片來(lái)源：Karen Osborn，史密森尼學(xué)會(huì)
在陽(yáng)光難以照射到的海洋深處，史密森尼國(guó)家自然歷史博物館（Smithsonian's National Museum of Natural History）的科學(xué)家和合作團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了目前已知的最黑物質(zhì)之一：某些魚(yú)的皮膚。這些超黑魚(yú)吸收光線的效率極高，即使在明亮的光線下，它們看起來(lái)也像沒(méi)有明顯特征的輪廓。在黑暗的深海中，它們即使被生物熒光包圍也能隱身。
在《當(dāng)代生物學(xué)》（Current Biology）雜志上，由史密森尼國(guó)家自然歷史博物館的研究動(dòng)物學(xué)家Karen Osborn和杜克大學(xué)（Duke University）的生物學(xué)家S?nke Johnsen領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)報(bào)告，這些魚(yú)的皮膚上，包裹色素的顆粒以一種獨(dú)特方式排列，幾乎能吸收所有照射在上面的光線，僅 0.05% 的光會(huì)被反射。Osborn說(shuō)，模仿這種策略可以幫助工程師開(kāi)發(fā)更便宜、更柔韌、更耐用的超黑材料用于光學(xué)技術(shù)，例如望遠(yuǎn)鏡、照相機(jī)和偽裝。
Osborn第一次對(duì)魚(yú)的皮膚產(chǎn)生興趣，是在某一次和同事用拖網(wǎng)在深海取樣時(shí)。當(dāng)時(shí)她試圖用相機(jī)拍攝拖網(wǎng)捕獲的一些引人注目的黑魚(yú)。她說(shuō)，盡管有精細(xì)的設(shè)備，她還是無(wú)法捕捉到任何細(xì)節(jié)?！安还苣阍趺丛O(shè)置相機(jī)或燈光，它們都會(huì)吸收所有光線。”
他們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里仔細(xì)測(cè)量，證實(shí)了相機(jī)無(wú)法捕捉這些魚(yú)特征的原因：深海中發(fā)現(xiàn)的許多黑魚(yú)能吸收超過(guò)99.5%照射到體表的光。這意味著它們是超黑的，比黑紙黑，比電工膠帶黑，比新輪胎都黑。在深海中，單個(gè)光子就足以吸引注意力，因此這種濃郁的黑色可以提高魚(yú)的生存幾率。
由于陽(yáng)光最多只能照射到海洋表面下幾百米的深處，所以大多數(shù)深海生物自己發(fā)光，這被稱為生物發(fā)光。生物發(fā)光可以用來(lái)吸引配偶、干擾捕食者和引誘獵物。它們還能暴露附近的動(dòng)物，阻止捕食者悄悄接近，或照亮潛在的獵物，除非別的動(dòng)物有正確的偽裝。Osborn說(shuō)：“如果你想融入周圍無(wú)限黑暗的環(huán)境，吸收每一個(gè)擊中你的光子是個(gè)很好的方法?！?br>

圖片來(lái)源：pixabay
超黑魚(yú)能幾乎完全吸收光線，這依賴于黑色素。這種色素同樣存在于人類皮膚中，并保護(hù)皮膚免受陽(yáng)光傷害。Osborn和同事發(fā)現(xiàn)，黑色素不僅在超黑魚(yú)的皮膚中大量存在，而且以一種獨(dú)特的方式分布。充滿色素的亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)被稱為黑素體，它們緊密地聚集在色素細(xì)胞中，而這些色素細(xì)胞連續(xù)地排列在貼近超黑魚(yú)皮膚表面的地方。黑素體的尺寸、形狀和排列方式使它們能夠?qū)o(wú)法立即吸收的光線導(dǎo)向細(xì)胞內(nèi)鄰近的黑素體，然后由這些黑素體吸收剩余的光線。
Osborn說(shuō)：“實(shí)際上，它們相當(dāng)于制造了一種超高效、超薄的光阱。光線不會(huì)反射，也不能通過(guò)。光線只是進(jìn)入了這一層，然后就消失了?！?br>

圖片來(lái)源：pixabay
這項(xiàng)研究的共同作者之一、杜克大學(xué)的生物學(xué)博士生Alexander Davis說(shuō)：“這些含有色素的結(jié)構(gòu)就像個(gè)迷你口香糖機(jī)一樣，被打包到皮膚細(xì)胞里，而所有的口香糖都有合適的尺寸和形狀，能夠?qū)⒐饫г跈C(jī)器內(nèi)?！?br> 魚(yú)類并不是已知的唯一一種能捕獲足夠光線從而產(chǎn)生超黑表面的動(dòng)物。目前已經(jīng)在一些鳥(niǎo)類和蝴蝶身上發(fā)現(xiàn)了超黑的羽毛和鱗片，它們與色彩明亮的區(qū)域形成對(duì)比，使顏色顯得更加鮮艷。這些動(dòng)物通過(guò)將一層黑色素與微小的管子或盒子之類的光捕獲結(jié)構(gòu)結(jié)合在一起來(lái)產(chǎn)生這種效果。Osborn 說(shuō)，在資源有限的深海中，超黑魚(yú)似乎進(jìn)化出了一種更高效的系統(tǒng)?！斑@是我們所知的唯一一種利用色素本身來(lái)控制所有最初未被吸收的光的系統(tǒng)。”這種基于黑素體的超黑結(jié)構(gòu)似乎是深海中的常見(jiàn)策略：Osborn和她的團(tuán)隊(duì)在16種親緣關(guān)系較遠(yuǎn)的魚(yú)類身上發(fā)現(xiàn)了同樣的特殊色素排列模式。
Osborn說(shuō)，采用這種高效的設(shè)計(jì)策略可以改善超黑材料的制造，目前這類材料的結(jié)構(gòu)更接近在超黑的鳥(niǎo)和蝴蝶身上發(fā)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)。這種敏感光學(xué)設(shè)備所需要的材料，目前生產(chǎn)起來(lái)極其精細(xì)，成本也很高?！昂徒ㄔ炷撤N結(jié)構(gòu)來(lái)捕獲光線相比，把吸收光的色素做成合適的尺寸和形狀也能實(shí)現(xiàn)同樣的吸收效率，而且成本可能會(huì)低得多，材料也不會(huì)那么脆弱，”她說(shuō)。
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審校：戚譯引
引進(jìn)來(lái)源：史密森尼國(guó)家自然歷史博物館
引進(jìn)鏈接：https://eurekalert.org/emb_releases/2020-07/s-sdh070920.php
本文來(lái)自：環(huán)球科學(xué)


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