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科学家发现深海超黑鱼是如何消失的

史密森尼科学家和一组研究人员在海洋深处,那里几乎没有阳光,科学家发现了已知的最黑的物质之一:某些鱼类的皮肤。这些超黑鱼吸收光线的效率很高,即使在明亮的光线下,它们也似乎是没有明显特征的轮廓。在海洋的黑暗中,甚至被生物发光的光包围着,它们实际上消失了。

在7月16日的《当前生物学》杂志上,由史密森尼国家自然历史博物馆领导的一组科学家研究动物学家Karen Osborn和杜克大学生物学家SönkeJohnsen报告了独特的色素填充颗粒排列如何使某些鱼几乎吸收了所有射入皮肤的光,因此只有0.05%的光被反射回去。奥斯本说,模仿这种策略可以帮助工程师开发出价格更便宜,更灵活,更耐用的超黑材料,以用于光学技术,例如望远镜和照相机以及迷彩。

奥斯本(Osborn)第一次尝试拍摄一些惊人的黑鱼时,就对鱼皮产生了兴趣,她和她的同事们用拖网捕捞了这条黑鱼,该网用于采样深海。她说,尽管设备精良,但她无法捕获图像中的任何细节。“设置相机或照明方式并不重要,它们只是吸收了所有光线。”

实验室的仔细测量证实了相机无法捕捉其特征的原因:在深海中发现的许多黑鱼吸收了超过其表面99.5%的光。这意味着它们是超黑色的-比黑纸更黑,比电工胶带更黑,比全新轮胎更黑。在一个黑暗的深海中,一个光子的光子足以吸引人们的注意,强烈的黑度可以提高鱼的生存几率。

因为太阳光不能到达海洋表面以下几百米,所以大多数深海生物都发出自己的光,称为生物发光。生物发光发光物用于吸引伴侣,分散食肉动物和吸引猎物。它们还可以暴露附近的动物-掠夺捕食者的隐身方法或向潜在猎物照射灯塔-除非这些动物具有正确的伪装。奥斯本说:“如果您想融入周围无限的黑暗环境,那么吸收击中您的每一个光子都是一个好方法。”

超黑鱼的近乎完全的光吸收取决于黑色素,黑色素是使人的皮肤着色并保护其免受日光照射的色素。奥斯本和她的同事发现,这种色素不仅在超黑鱼的皮肤中丰富,而且以独特的方式分布。充满色素的细胞室称为黑素体,紧密地堆积在色素细胞中,这些色素细胞非常连续地排列在非常黑鱼皮肤的表面附近。黑素体的大小,形状和排列使它们将没有立即吸收的任何光导向细胞内相邻的黑素体,然后吸收剩余的光。

奥斯本说:“实际上,他们所做的就是制造一个超高效,超薄的光阱。”“光不会反弹;光不会通过。它只进入这一层,然后消失了。”

该研究的合著者亚历山大·戴维斯说:“这些含有色素的结构就像一个小型的口香糖机一样被包装在皮肤细胞中,其中所有的胶球都具有正确的大小和形状以将光捕获在机器中。”杜克大学生物学博士学位。

鱼并不是唯一已知能够捕获足够的光以产生超黑表面的动物。在几只鸟和一些蝴蝶上发现了超黑的羽毛和鳞片,它们与色彩鲜艳的区域形成对比,从而使颜色显得更鲜艳。这些动物通过将黑色素层与光捕获结构(如细管或盒子)结合在一起而产生效果。奥斯本说,在资源有限的深海中,超黑鱼似乎进化出了更有效的系统。“这是我们所知道的唯一使用颜料本身来控制任何最初未被吸收的光的系统。”这种基于黑素体的超黑度似乎是深海中的常见策略:Osborn和她的团队在16种远缘鱼类中发现了相同的色素图案。

奥斯本说,采用这种有效的设计策略可以改善超黑材料的制造,超黑材料目前使用的体系结构更像是在超黑鸟和蝴蝶中发现的结构。目前,这种材料在敏感的光学设备中受到追捧,但它们既非常脆弱又昂贵。她说:“如果您要使吸收性颜料的尺寸和形状正确,则无需构建某种结构来捕获光,而可以使相同的吸收性更便宜,并且(使材料)更不易碎,”她说。说过。

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