2021-03-13 18:11

科学家们现在知道了乌贼是如何在闪闪发光的浅水中“精确优化”伪装的

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乳白色海岸鱿鱼(Doryteuthis opalescens)是地球上最复杂的变形人之一。这些奇怪的头足类动物有一种特殊的皮肤,可以精确地调节皮肤的颜色。

科学家们一直对这种乌贼非凡的伪装和交流能力着迷。新的研究让我们更接近于弄清楚它们是如何在海岸光亮处捕食的,如何从看不见的捕食者身边溜走的,甚至如何通过亮出一对假睾丸来躲避咄咄逼人的追求者的。

先前的研究表明,乳白色鱿鱼的皮肤内部有一个复杂的分子机器:一层由堆叠细胞组成的薄膜,可以像手风琴一样伸缩,反射从红色和橙色到黄色和绿色,再到蓝色和紫色的整个可见光谱。 

研究人员说,这些微小的凹槽有点像你在光盘上看到的东西,当你在光线下倾斜它时,它会反射出彩虹般的颜色。但就像CD一样,这种皮肤也需要一些东西来放大它的彩色噪声。 

当研究人员试图对乌贼的皮肤进行基因改造时,他们注意到有些东西有点不对劲。

调节乌贼皮肤沟槽的“马达”是由反射蛋白驱动的,反射蛋白对不同的神经信号做出反应,并控制反射色素细胞。 

含有反射蛋白的合成材料显示出了类似于我们在乌贼身上看到的闪光,但这些材料不能以同样的方式闪烁或闪烁。

某些东西显然是缺失的,最近对活鱿鱼和基因工程的研究为这一谜题提供了线索。事实证明,反射蛋白只有在被包裹在反射膜外的情况下才能发光。

这个信封包含了类似手风琴的结构,往下看,你就能看到它是如何工作的。

反射蛋白通常彼此排斥,但来自乌贼大脑的神经元信号可以关闭这一正电荷,使蛋白质紧密聚集在一起。

当这种情况发生时,它会触发上覆膜将水推出细胞外,收缩凹槽的厚度和间距,从而将光线分成不同的颜色。

凹槽之间的塌陷也会增加反射素的浓度,从而使光线反射得更亮。

因此,作者解释说,这个复杂的过程“动态地[调节]颜色,同时增加反射光的强度”,这就是为什么乳白色的乌贼会闪烁和闪烁,有时有颜色,有时没有。 

乌贼皮肤内只反射白光的细胞,似乎也是由同样的分子机制驱动的。事实上,作者认为这就是为什么乌贼能够模仿波浪式的阳光。

来自加州大学圣巴巴拉分校的生物化学家丹尼尔·莫尔斯说:“进化不仅精巧地优化了颜色的调节,而且利用相同的材料、相同的蛋白质和相同的机制来调节亮度。” 

多年来,工程师们一直在尝试模仿乳白色乌贼那令人惊叹的皮肤,但一直没有成功。这项由美国陆军研究办公室(United States Army research Office)支持的新研究,帮助我们找到了错误的地方。 

作者总结说,仅靠薄膜反射素无法提供我们在鱿鱼身上看到的光控制的全部功率,因为我们似乎缺少耦合放大器。

莫尔斯说:“如果没有围绕反射物的薄膜,这些人造薄膜的亮度就不会发生变化。” 

“如果我们想要捕捉生物的能量,我们必须包括一些类似膜的外壳,允许可逆调节亮度。”

这项研究发表在 应用物理快报。