深海生存方案:当一条比黑更黑的鱼

深海生存方案:当一条比黑更黑的鱼
2020年07月22日 10:38 新浪科技综合

  来源:果壳

  如何在黑暗无光的深海里生存?一种方案:拥有比黑更黑的皮肤。

一种“超黑鱼” 穴口奇棘鱼(Idiacanthus antrostomus)| Karen Osborn, Smithsonian一种“超黑鱼” 穴口奇棘鱼(Idiacanthus antrostomus)| Karen Osborn, Smithsonian 

  “超黑鱼”  

  只有不到 1% 的阳光,能够照射到超过 200 米的深海里;这里除了发光生物,几乎一片漆黑。为了在深海里隐身、不被捕食者或猎物发现,一些鱼会演化出“超黑”的皮肤——这是目前已知的最黑的几种材料之一。

  例如,梦角𩽾𩾌属(Oneirodes)的一种鱼,对光的反射率只有 0.051% 。这比普通黑纸 10% 的反射率低得多,而目前最黑的合成材料(垂直排列的碳纳米管),对光的反射率则为 0.045%。

另一种“超黑鱼”角高体金眼鲷(Anoplogaster cornuta),在普通条件下拍摄出来就是黑漆漆一条鱼(右图)| Karen Osborn, Smithsonian另一种“超黑鱼”角高体金眼鲷(Anoplogaster cornuta),在普通条件下拍摄出来就是黑漆漆一条鱼(右图)| Karen Osborn, Smithsonian 

  在最近的《当代生物学》期刊上,来自美国国立自然历史博物馆和杜克大学的科学家找到了 18 种“超黑”的鱼,梦角𩽾𩾌属的这种鱼是其中最黑的。这 18 种鱼的皮肤,对整个可见光波段的平均吸收率超过 98.96%;对深海中存留最多的 480nm 光线,有超过 99.4% 的吸收率。

  皮肤中的黑素体 

  之前在鸟类、蝴蝶、蜘蛛等动物上也发现了超黑表面,它们多是通过角蛋白或甲壳素,在表面形成了特殊的结构。这些鱼则不同,它们仅仅依靠皮肤中黑素体的排列,就实现了超黑。

一些雄性极乐鸟也有着超黑的羽毛 | Ed Scholes一些雄性极乐鸟也有着超黑的羽毛 | Ed Scholes

  黑素体是一种含有黑色素的细胞器。科学家使用电子显微镜对 9 种超黑鱼的皮肤进行观察,发现它们的皮肤中都有一层密密麻麻堆积的黑素体;而且,经过与模型的对比,研究者发现,这些黑素体的排列方式与最优状态非常接近,从而达到了极低的反射率。具体来说有以下两点特征:

  1)根据模型,当黑素体的等效直径为 600~800nm、长宽比为 2 时,黑素体层对光有最低的反射率。而这些超黑鱼的黑素体,等效直径为 612nm,长宽比平均为 2.1。

  2)当黑素体层厚度增加时,反射率会快速衰减;但当厚度增加到 7µm 以上时,受限于最表层的反光,反射率则将不再继续降低。而超黑鱼的黑素体层,平均厚度约为 8µm。

研究中用到的另一种“超黑鱼” 厚头犀孔鲷(Poromitra crassiceps)| Karen Osborn, Smithsonian 研究中用到的另一种“超黑鱼” 厚头犀孔鲷(Poromitra crassiceps)| Karen Osborn, Smithsonian 

  模仿这种“鱼中黑洞”的皮肤,人们可能开发出更便宜、灵活和耐用的超黑材料,应用于光学设施、军事制造等,可以防止反射光对性能造成影响。

深海超黑色
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