神奇:深海中驚現透明生物 瞬間隱形消失

2020-11-25 中關村在線

有些動物具有控制光線的能力,能使自己變得近乎隱形。我們都知道魷魚和章魚能利用色素細胞使自己融合到周圍環境中,但如果是變得完全隱形呢?為了達到透明的效果,你或許需要使光線穿過身體,或者使周圍的光線發生彎折,使其不能反射回觀察者的眼中。這是一個很狡猾的技能,但有些動物幾乎就做到了。

海洋動物如果想躲藏起來,一般有兩種選擇。生活在深海或靠近海底的動物往往與沙子或巖石融為一體,或者隱藏在珊瑚中。不過,深海通常是漆黑一片,很多掠食者的眼睛也已經退化,隱形並不是很有必要。

靠近海面生活的動物在躲藏時,會利用生物發光效應展示出令人炫目的色彩效果,使位於下方的掠食者誤以為是陽光照射水面時產生的波紋。生活在遠洋帶海水中層的動物則沒有這兩種選擇,那裡也是最多隱形動物生活的地方。

或許最簡單的隱形方式就是變得透明,使光線能完全穿過身體。在開闊大洋中,由於缺乏可供躲藏的巖石、裂縫等結構,變得透明就成為非常理想的隱藏方式。事實上,透明是許多完全毫無關聯的動物共同的選擇,出現過多次獨立的演化過程。

玻璃章魚

玻璃章魚的得名,便是因為其身體幾乎完全透明。這種凝膠狀的章魚能長到45釐米長——如果算上觸手的話。它們分布在熱帶和亞熱帶海域,在300米到1000米之間的深度活動。除了消化系統、視神經和眼睛可見之外,玻璃章魚對捕食者幾乎完全隱形。

但是,如果眼睛和腸子都能被看到,隱形還有什麼意義呢?更糟糕的是,這些器官還會在海底留下影子,使捕食者更容易發現。眼睛需要吸收光線才能發揮作用,因此也不可能是透明的。腸道具有內容物,因此除非動物攝食的是透明的食物,否則腸道也必將暴露。然而,玻璃章魚,以及其他所有透明生物,在這些不透明器官的偽裝上都有各自的方法。

玻璃章魚不像其他章魚那樣具有大大的圓眼睛,而是具有伸長的管狀眼睛,雖然損失了周邊視覺,但這能最大限度地減小投下的影子,從而更不容易被下方的掠食者發現。還有證據表明,玻璃章魚的身體朝向也是為了儘可能地減小影子。

玻璃章魚並不是唯一能偽裝眼睛的透明動物。許多透明的軟體動物會用鏡面結構來偽裝眼睛,因為鏡面在開闊大洋中更多是反射海水,使眼睛變得隱形。

玻璃魷魚

魷魚中也有許多透明的成員,主要屬於小頭烏賊科(Cranchiidae,它們又被稱為「玻璃魷魚」),大約有60個物種,都幾乎可以一眼看透。這些魷魚生活在世界各個開闊大洋區域,生活深度為200米到1000米之間。儘管身體完全透明,但它們的大眼睛卻不是透明的,在下方遊動的掠食者可以很容易發現眼睛投下的影子。

不過,玻璃魷魚有一種聰明的偽裝方式。它們能利用眼睛下方的發光體製造出「發光消影」的效果。這有點像陽光經過濾鏡後照下來的情況,使魷魚能隱藏到背景中,不被下方的掠食者發現。然而,從其他角度看的時候,這些魷魚發出的光十分明顯——如同海水中吸引掠食者前來的燈塔。

來自賓夕法尼亞大學的研究人員發現,這些魷魚的發光體能調節所發出的光線,以抵消其他方向上的光線,從而形成某種全方位隱形的效果。

浮蠶屬物種

浮蠶屬是多毛綱生物的一個屬,是一類幾乎完全透明的海洋蠕蟲。有趣的是,浮蠶屬中至少有11個物種能發出明亮的生物光。大部分浮蠶屬物種會發出藍光,但有一個學名為Tomopteris nisseni的物種卻能發出黃色光,是為數不多的能發出黃色光的海洋生物之一。

一些浮蠶屬物種還能通過發光部位——稱為疣足——的脫落來分散捕食者的注意力,使捕食者追逐這些脫落部位,而不再注意蠕蟲本身。

樽海鞘

樽海鞘是幾乎完全透明的桶狀生物,其身體呈凝膠狀,通過吸入和排出海水,它們能夠同時遊動和攝食。樽海鞘依靠濾食海水中的浮遊植物為生。儘管看起來有點像水母,但它們其實更為複雜,並且與魚類和脊椎動物關係更加密切。它們還具有心臟和鰓,能進行有性繁殖。

樽海鞘有著令人稱奇的生命周期。在經過一段單獨生存的時期之後,它們會聚集成群,形成長鏈狀(或其他形狀)的群落。單個樽海鞘還會通過電信號與其他同類進行交流,實現行動的同步性。

端足類 亞目

有時候,身體透明還不夠,生物體需要其他方法來使自己保持隱形。端足類?亞目的物種就演化出了另一種有效的方法。這類微小的甲殼類動物身體透明,外形與蝦很類似。不過,即使是一塊透明的玻璃,你也可以根據上面反射的光亮來發現它的存在。在海洋中這是一個不容忽視的問題,因為許多掠食者會利用生物發光來搜尋獵物。

近期一項研究顯示,亞目的隱藏能力不僅僅是簡單地使身體透明,它們還能利用某種納米技術來幹涉光線,甚至使光線彎曲,從而使自身變得幾乎完全隱形。

科學家用掃描電子顯微鏡分析了7個亞目物種,發現其中一個物種的腿上覆蓋著納米級的毛髮狀突起結構;而在這7個物種的身體上,則都具有納米級的突起或球形結構,大小在100納米到300納米左右。

這些微小的突起能使光線儘可能地分散。科學家發現,兩種納米結構——突起和毛髮狀結構——都能使反射率降低多達100倍。更加奇特的是,科學家認為這些突起或球形結構很可能是細菌。

Japetella heathi和班氏爪魷

Japetella heathi是一種深海章魚,和班氏爪魷一樣都具有神奇的變色能力——能迅速從透明轉變成紅褐色。這兩個物種都生活在太平洋600米至1000米的深度,即中層帶中。

儘管身體透明能帶來很多好處,但在靠近水面的地方,如果你把光線直接照向透明物體,這些物體就會突然間變得很明顯。這種情況在深海中也經常發生,掠食者會利用發光器官作為「探照燈」,尋找各種獵物。在這些深度的獵物通常呈紅色或黑色,以儘可能地減少藍光的反射。

深海章魚Japetella heathi和班氏爪魷能同時做到這兩點,它們的皮膚上都具有對光敏感的色素細胞,當探測到光線時,這些色素細胞就會膨脹並釋放出色素。

「海洋藍寶石」

葉水蚤是一類體型跟螞蟻差不多的生物,生活在溫暖的熱帶和亞熱帶海域。它們屬於一類被稱為橈足類的甲殼動物。不同的葉水蚤物種能發出奇特的,從亮藍色、亮紅色到金色的螢光。

葉水蚤最不可思議的一點是,前一秒它們還亮閃閃的,而下一秒就會突然消失。它們的表皮細胞具有微小的晶體片,以六邊形的蜂巢圖案排列。在細胞溶質中,這些含有鳥嘌呤——組成脫氧核糖核酸(DNA)的4種基本鹼基之一——的晶體分層排列。

研究人員發現,儘管鳥嘌呤晶體層通常都具有相同的厚度——70納米,但各層之間的溶質厚度並不相同,從50納米到200納米不等。正是這種差異導致了葉水蚤體色的變化。溶質層更厚,其反射的光線波長就更長,使葉水蚤呈現出紅色或紅紫色。

葉水蚤的體色也取決於光線照射的角度。隨著角度變得越來越小,反射光線的波長就變得越來越短,葉水蚤的體色就越來越接近紫色。如果光線角度變得足夠小,反射光位於紫外線範圍內,我們就無法看到葉水蚤,於是它們就消失了。研究人員發現,當光線以45度照射到這些甲殼動物身上時,它們就能成功隱形。

透翅蝶

大多數透明動物都生活在海洋裡,這是有原因的。想要使身體變得透明,你就得由既不吸收光線,也不反射光線的物質組成。對陸地上的動植物來說,這是很難完成的任務,因為活體組織和空氣之間的折射率有著非常大的差別。折射率描述的是光線穿過某種物體的速率。光在真空中傳播最快,而物體的密度越大,光線穿透它的時間就越長,其折射率就越大。

生物組織的密度要比空氣大得多,足以使光線改變方向或分散,從而引起反射,使動物變得更加清晰可見。在海洋中,水體和生物組織的折射率差別較小,身體透明相對容易做到。此外,絕大多數陸地動物不透明的另一個主要原因是,它們需要黑色素等色素來保護自己免受紫外線的傷害。

不過,還是有少數物種打破了這種常規,其中之一便是生活在中部美洲的透翅蝶。儘管並不是全身都透明,但透翅蝶的翅膀已經足夠讓掠食者難以發現。

為了找出透翅蝶如何能達到這種透明程度的原因,科學家用電子顯微鏡分析了它們的翅膀。他們發現,透翅蝶翅膀上隨機分布著不同長度的納米柱。似乎這些不同大小、隨機分布的納米結構決定了透翅蝶最大程度地減小了光線反射。這些納米柱會幹涉照射到翅膀上的光線,使其大部分穿過翅膀,而不是反射回去。

透明蝸牛

另一個透明陸地動物的例子是透明洞穴蝸牛,發現於克羅埃西亞最深的洞穴。德國法蘭克福大學的科學家在盧基亞·亞瑪·特洛伊瑪洞穴約980米的深處發現了這種蝸牛,其生活環境布滿巖石和沙子,一條小溪流穿過其間。

這種蝸牛屬於一類微小的,只在黑暗的地下洞穴中生活的陸地蝸牛。研究人員認為,這類蝸牛無法自己移動,只能藉助流水去往別的地方。雖然外殼相當透明,但這些蝸牛其實還是很清晰可見的,這也再一次表明陸地動物很難像海洋動物那樣完全隱形。

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