海蓝宝石是如何隐形的?

海蓝宝石结合了闪蝶的绚丽、桡足类的可爱以及克林贡猛禽舰的隐身技能。但它是如何做到这一切的呢?

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本文发表于《大众科学》的前博客网络,反映了作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点


海蓝宝石结合了闪蝶的绚丽、桡足类的可爱以及克林贡猛禽舰的隐身技能。前一秒它还色彩鲜艳地闪烁着,然后,砰的一声,它就在你眼前消失了。观看来自《美国化学学会杂志》的这段视频,看看我的意思。

海蓝宝石是桡足类动物——一种小型甲壳类动物,长着长长的触角,几乎在所有有水的地方都能找到。在开阔的海洋中,它们生活在海面和约1000英尺之间。


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它们产生的色彩闪烁帮助它们在无尽的蓝色中脱颖而出,并且因每个物种偏好的深度而异。黄色、橙色和红色的海蓝宝石在靠近海面的地方被发现,而绿色、蓝色、紫色和品红色的海蓝宝石则在更深的地方被发现,那里只有这些较短波长的光线才能穿透。然而,即使在同一物种内,不同的海蓝宝石也会产生不同的颜色。科学家认为它们鲜艳的色彩展示有助于配偶找到彼此。

 

雄性海蓝宝石在向雌性展示时会螺旋式游动,通过这种方式,它们身体产生的不连续闪光可能像我去年写过的发光介形虫所展示的那种信号。海蓝宝石在螺旋式游动期间的瞬间消失也可能起到威慑捕食者的作用。

 

与它们的光和魔法展示同样令人惊叹的是产生这些展示的鸟嘌呤晶体反射器,它们以完美的六边形阵列排列在桡足类动物的几丁质表皮下。

 

它们在这里

海蓝宝石的鸟嘌呤反光晶体的视图。(a) 显示了在光学显微镜下看到的六边形阵列。(b) 显示了在扫描电子显微镜下看到的这一层的横截面。注意被细胞质层隔开的堆叠晶体层。Pc=原表皮。Ir=虹彩细胞。(c) 显示了“紧密堆积的完美六边形晶体”阵列以及晶体被细胞质层隔开的另一个侧视图。海蓝宝石显然可以成为终极卡坦岛游戏空间。图 1 来自 Gur 等人 2015 年。点击此处查看来源。

如果鸟嘌呤听起来很熟悉,这是有原因的——它是构成 DNA 的著名 A、C、T 和 G 中的 G(或至少是 G 的一部分)。海蓝宝石Sappharina metallina中有 10-14 层鸟嘌呤晶体和细胞质,而Copilia mirabilis中有 5-8 层。

 

类似的系统在变色龙、虹彩鱼鳞和银蜘蛛中也能找到。鱼鳞、蜘蛛和海蓝宝石晶体也呈薄板状,但只有海蓝宝石晶体是完美的六边形。

 

一个以色列科学家团队对它们如何使用晶体反射器产生不同的颜色感到好奇。尽管他们知道晶体以某种方式参与其中,但先前的假设推测鸟嘌呤晶体厚度的变化会产生不同的颜色,但事实证明这是错误的。事实证明,所有桡足类动物的鸟嘌呤反射器的厚度都完全相同——70 纳米。

 

因此,科学家们决定研究晶体之间细胞质层——细胞的汤状内容物——的间距。事实证明,这才是关键,正如他们在上个月的《美国化学学会杂志》上发表的一篇论文中宣布的那样。细胞质的厚度范围为 50 至 200 纳米,这种变化是决定海蓝宝石颜色的因素。晶体层之间较厚的细胞质层导致较长波长的反射光,尽管当主峰完全位于近红外超长波长时,可以在紫色或深蓝色光中观察到次级发射峰。颜色的组合导致桡足类动物呈现品红色调。

 

此外,光线照射桡足类动物的角度会影响反射光的颜色——或者是否反射任何光线。在看起来会消失的海蓝宝石中,随着光线角度从直接照射海蓝宝石背部变为越来越小的入射角,发射光的波长会变短,颜色会变得更紫,直到它转移到紫外线光谱中,从而有效地对人眼隐形。

 

参考文献

 

Gur, Dvir, Ben Leshem, Maria Pierantoni, Viviana Farstey, Dan Oron, Steve Weiner, 和 Lia Addadi. "蓝宝石桡足类动物鲜艳色彩的结构基础。"美国化学学会杂志 (2015).

 

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