这条鲨鱼可以改变颜色——这要归功于它皮肤中隐藏的纳米镜
对蓝鲨 （Prionace glauca） 解剖结构的新研究揭示了它们皮肤中独特的纳米结构，可以产生它们标志性的蓝色，但有趣的是，它也表明了潜在的颜色变化能力。 “蓝色是动物王国中最稀有的颜色之一，动物通过进化发展出各种独特的策略来产生它，使这些过程特别迷人，”实验室的博士后研究员 Viktoriia Kamska 博士说香港城市大学院长梅森教授。 该团队透露，鲨鱼颜色的秘密在于牙齿状鳞片的牙髓腔——称为真皮齿状物——它为鲨鱼的皮肤提供保护。 髓腔内这种产生颜色机制的主要特点是鸟嘌呤晶体，它充当蓝色反射器，以及称为黑色素体的含黑色素囊泡，它们充当其他波长的吸收器。 “这些组件被打包成单独的细胞，让人想起装满镜子的袋子和带有黑色吸收器的袋子，但保持紧密结合，以便它们协同工作，“博士解释说。 卡姆斯卡。 因此，色素（黑色素）与结构化材料（特定厚度和间距的鸟嘌呤血小板）协同作用，以增强色彩饱和度。 “当你将这些材料组合在一起时，你也会产生一种强大的产生和改变颜色的能力，”Dean 教授说。 “令人着迷的是，我们可以观察到微小的变化在包含晶体的细胞中，观察和模拟它们如何影响整个生物体的颜色。 这一解剖学突破是通过使用精细解剖、光学显微镜、电子显微镜、光谱学和一套其他成像技术的混合来实现的，以表征产生颜色的纳米结构的形式、功能和结构排列。 “我们开始在有机体层面上研究颜色，在米和厘米的尺度上，但结构色是在纳米尺度上实现的，因此我们必须使用一系列不同的方法，“Dean 教授说。 ：确定鲨鱼蓝色背后可能的纳米级罪魁祸首只是方程式的一部分。 Kamska 博士和她的合作者还使用计算模拟来确认这些纳米结构的哪些结构参数负责产生观察到的光谱外观的特定波长。 “手动作很有挑战性在如此小的尺度上纵结构，因此这些模拟对于了解可用的调色板非常有用，“Kamska 博士说。 这一发现还揭示了鲨鱼的标志性颜色可能通过齿状牙髓腔内鸟嘌呤晶体层之间的相对距离的微小变化而改变。 图层之间较窄的空间会产生标志性的蓝色，而增加此空间会将颜色转换为绿色和金色。 博士Kamska 和她的团队已经证明，这种颜色变化的结构机制可能是由影响鸟嘌呤血小板间距的环境因素驱动的。 “通过这种方式，由湿度或水压变化等简单因素引起的非常细微的鳞片变化可能会改变身体颜色，从而影响动物在自然环境中的伪装或反阴影方式，”Dean 教授说。 例如，鲨鱼游得越深，它们的皮肤承受的压力就越大受到的影响，鸟嘌呤晶体可能会被推得越紧——这应该会使鲨鱼的颜色变暗，以更好地适应周围的环境。 “下一步是了解这种机制如何在生活在自然环境中的鲨鱼中真正发挥作用，”Kamska 博士说。 虽然这项研究为鲨鱼的解剖学和进化提供了重要的新见解，但它在仿生工程应用方面也具有很大的潜力。 “这些齿状物不仅为鲨鱼提供了流体动力学和防污的好处，但我们现在发现它们在产生和改变颜色方面也有作用，“Dean 教授说。 “据我们所知，这种多功能结构设计——结合了高速流体动力学和伪装光学特性的海洋表面——以前从未见过。” 因此，这一发现可能对提高制造业的环境可持续性产生影响。 “结构性的主要优势着色优于化学着色，因为它降低了材料的毒性并减少了环境污染，“Kamska 博士说。 “结构色是一种可以有很大帮助的工具，尤其是在海洋环境中，动态蓝色伪装会很有用。” “随着纳米制造工具的改进，这创造了一个研究结构如何产生新功能的游乐场，”Dean 教授说。 “我们对其他鱼类如何产生颜色了解很多，但鲨鱼和鳐鱼与硬骨鱼不同数亿年前的鱼类——所以这代表了一条完全不同的颜色进化路径。 这项研究由香港大学教育资助委员会优配研究金资助，将于 2025 年 7 月 9 日在比利时安特卫普举行的实验生物学学会年会上发表。