科学家们揭开了这些超级缺乏光的鱼吸收光线的秘密

时间:2020-08-22 08:39 来源:seo 作者:小可爱科技知识网 点击量:

科学家们揭开了这些超级缺乏光的鱼吸收光线的秘密

在海洋最黑暗的深处,几乎没有光从表面穿透,不寻常的生物繁盛,许多它们通过生物发光创造自己的光,以捕食和其他用途。但是,根据《当代生物学》的一篇新论文,一些鱼类进化出了相反的生存策略:它们是超级缺乏的,吸收几乎所有照射到皮肤上的光。

来自史密森自然历史博物馆的凯伦·奥斯本发现自己在野外工作时无法用相机捕捉到这些极短的鱼,于是对这些生物产生了兴趣。她试图拍摄深海拖网捕获的标本。奥斯本告诉美国农业研究所:“在六年的野外工作中,我能拍到像样的照片的只有两种鱼类,一种是星头星鱼,另一种是星头星鱼。”

为了达到这个目的,她使用了佳能Mark II单反相机机身和带有四个闪光灯的65毫米微距镜头,然后通过拍摄大量照片来测试各种照明设置。最后,她调整了对比度,并在图像上均匀地使用高通滤波器,以便更好地显示细节。但这仍然不足以捕捉到大部分被拖网捕获的标本。她补充道:“多年来,我删除了成千上万张其他鱼的失败照片,因为我无法在照片中展示出细节。”“不管你怎么设置相机或灯光——它们都吸收了所有的光线。我希望我现在能有几个例子来说明这一点。”

为了找出原因,奥斯本与杜克大学生物学家Sonke Johnsen等人进行了合作。实验室测量结果显示,这些超缺失鱼确实吸收了超过99.5%的照射到皮肤上的光线。这对于在黑暗的深海中生存是一种方便的适应,在那里,即使是几个光子的光——比如来自附近饥饿的发光生物——也能将鱼的位置泄露给捕食者。

从另一个角度来观察超短尾鱼的种类。

凯伦·奥斯本/史密森学会

这条栉水母在被取样并记录下来后非常活跃,以至于研究小组在它被拖网捕获的第二天就通过潜水艇把它放回深海。

凯伦·奥斯本/史密森学会

超黑的太平洋黑龙(Idiacanthus antrostomus)是研究小组研究的第二黑的鱼。

凯伦·奥斯本/史密森学会

太平洋黑龙有一种生物荧光诱饵来吸引猎物,如果不是因为它们极薄的皮肤和透明的、抗反射的牙齿,它们的诱饵的反光会把猎物吓跑。

凯伦·奥斯本/史密森学会

太平洋黑龙的眼睛下面也有发光器官,科学家们希望这些器官可以作为探照灯来发现猎物。

凯伦·奥斯本/史密森学会

超短脊头(Poromitra crassiceps)。这些鱼通常也被称为大鳞鱼,因为它们拥有很少的巨型鳞片。它们极薄的皮肤覆盖在鳞片上,但当捕食者试图抓住它们时,它们的皮肤和鳞片很容易脱落。

凯伦·奥斯本/史密森学会

研究人员还发现了这种高效吸收光线的秘密:黑色素,这种色素也存在于人类皮肤中,可以保护我们免受阳光伤害。黑素被填充到被称为黑素体的颗粒中,而黑素体又被包含在称为黑素团的细胞中。据奥斯本说,它们在真皮层(皮肤的深层)形成一个连续的层。“这种安排提供了一个连续的、不间断的含有色素的细胞层,并确保这一层是光线照射到鱼的第一个接触物,”她说。“这种色素有效地吸收了大部分照射到颗粒上的光线。”

这些颗粒的大小和形状也很重要,因为它们会将不能立即被侧面吸收的光散射到色素层中,这样就可以被邻近的含色素细胞吸收。它本质上是一个非常薄,高效的光阱。“最黑的鱼和VantaBlack一样黑,”奥斯本说——也就是说,和一种已知的最黑的物质一样黑。“VantaBlack将光线捕捉在紧密包裹的碳微管中,而这些鱼通过色素吸收光线,并通过优化色素颗粒自身的大小、形状和包装极其有效地做到了这一点。”

“在几乎所有的超黑材料中,你既需要散射又需要吸收,”合著者亚历山大·戴维斯说,他是杜克大学的研究生。“在我们所知道的所有其他动物中,超黑颜色的散射来自甲壳素或角蛋白基质,就像鸟羽毛或蝴蝶鳞片,而吸收来自嵌入在这些基质中的黑色素。在这些鱼类中,黑素体的散射和吸收都来自于它们自己。这使得机制更简单,因为不需要结构支架。”

几个超级缺乏物种似乎独立地进化出了完全相同的适应性;奥斯本和她的同事在16个远亲物种中发现了这些色素模式。这项研究的最终目标是采用一种类似的高效设计来制造超薄材料,比如望远镜、照相机和其他感光设备的内部涂层,这种材料要便宜得多,容易得多。

DOI:现代生物学,2020年。10.1016 / j.cub.2020.06.044(必须)。

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