科学家揭开了这些超黑鱼类如何吸收光线的秘密。

2020-07-18 22:12:36

在最黑暗的海洋深处,表面的光线很少或根本没有穿透,一系列不同寻常的生物茁壮成长,其中许多生物通过生物发光产生自己的光线,以狩猎猎物,以及其他用途。但也有几种鱼进化出了相反的生存策略:它们是超黑的,几乎吸收了所有照射到皮肤上的光线,根据《当代生物学》(Current Biology)的一篇新论文。

史密森尼自然历史博物馆的卡伦·奥斯本发现自己在野外工作时无法用相机捕捉到这些超级黑鱼,于是对这种生物产生了兴趣,她试图拍摄团队深海拖网中捕获的标本。奥斯本告诉Ars,在六年的田野工作过程中,我只有两种鱼能够拍到像样的照片,这两种鱼是Anoplogaster cornuta和Idiacantus antrostomus。

为此,她使用了佳能Mark II DSL R机身和带有四个闪光灯的65 mm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,并在图像上均匀地应用了高通滤光片,以更好地呈现细节。但这仍然不足以捕获大多数被拖网捕获的标本。她补充说,多年来,我删除了数千张失败的其他鱼类的照片,因为我无法带出照片中的细节,因此这些照片都是无用的。不管你如何设置相机或灯光,它们只是吸收了所有的光线。我希望我现在有几个这样的例子来说明这一点。

为了找出原因,奥斯本与杜克大学(Duke University)生物学家桑克·约翰森(Sönke Johnsen)等人合作,实验室测量显示,事实上,这些超黑色的鱼吸收了99.5%以上照射到它们皮肤的光线。对于在黑暗的海洋深处生存来说,这是一种方便的适应方式,在那里,即使是几个光子--比如说,来自饥饿的附近生物发光生物的光子--也可以将一条鱼的位置暴露给捕食者。

研究人员还发现了这种高效光吸收的秘密:黑色素,这是一种在人类皮肤中也发现的色素,可以保护我们免受阳光的伤害。黑色素被塞进被称为黑素小体的颗粒中,而黑素小体又被包含在被称为黑素载体的细胞中。根据奥斯本的说法,它们在真皮(皮肤的深层)形成了一层连续的层。她说,这种安排提供了一层连续的、完整的含有色素的细胞,并确保这一层是光线击中鱼时首先遇到的东西。颜料有效地吸收了照射到颗粒上的大部分光线。

这些颗粒的大小和形状也很重要,因为它们会散射任何没有立即被侧面吸收的光线进入色素层,这样它就可以被邻近的含有色素的细胞吸收。它本质上是一种非常薄、高效的捕光器。奥斯本说,最黑的鱼和凡塔布莱克一样黑,也就是说,和已知的最黑的物质一样黑。VantaBlack将光捕获在紧密堆积的碳微管中,而这些鱼通过优化颜料颗粒本身的大小、形状和包装来吸收光线,并极其有效地完成这一任务。

杜克大学研究生、合著者亚历山大·戴维斯(Alexander Davis)说,几乎所有的超黑色材料都需要散射和吸收。在我们所知的所有其他动物中,超黑色的散射来自甲壳素或角蛋白基质,如鸟毛或蝴蝶鳞片,吸收来自嵌入在这些基质中的黑色素。在这些鱼中,散射和吸收都来自于黑素小体本身。这使得机构变得更简单,因为不需要结构脚手架。

几个超黑色物种似乎独立地进化出了完全相同的适应;奥斯本和她的同事们在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类似的高效设计,以更便宜、更容易的方式制造超黑色材料,如望远镜、相机和其他光敏设备的内部涂层。