鲨鱼肤色背后的秘密结构
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，产生了它们标志性的蓝色，但有趣的是，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，使这些过程特别令人着迷，”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鲨鱼皮肤的牙齿状鳞片（称为真皮小齿）的牙髓腔。 牙髓腔内这种产生颜色的机制的主要特征是鸟嘌呤晶体，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，让人联想到装满镜子的袋子和装有黑色吸收剂的袋子，但保持密切联系，因此它们协同工作，“博士解释道。 卡姆斯卡。 结果，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）合作以增强色彩饱和度。 “当你将这些材料组合在一起时，你还创造了一种强大的产生和改变颜色的能力，”迪恩教授说。 “令人着迷的是，我们可以观察到微小的变化在含有晶体的细胞中，并查看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表征产生颜色的纳米结构的形状、功能和结构排列而实现的。 “我们开始在生物体层面上研究颜色，以米和厘米为单位，但结构颜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，“迪恩教授说。 确定鲨鱼蓝色背后可能的纳米级罪魁祸首只是等式的一部分。 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。 “手动作具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。 这一发现还表明，鲨鱼的标志性颜色可能通过小齿髓腔内鸟嘌呤晶体层之间相对距离的微小变化而发生变化。 层与层之间的较窄空间会创造标志性的蓝色，而增加这个空间会将颜色转变为绿色和金色。 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精细的鳞片变化可能会改变身体颜色，从而塑造动物在自然环境中的伪装或反阴影，”迪恩教授说。 例如，鲨鱼游得越深，皮肤承受的压力就越大鸟嘌呤晶体可能会被推到一起，并且越紧——这应该会使鲨鱼的颜色变深，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，”卡姆斯卡博士说。 虽然这项研究为鲨鱼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巨大的潜力。 “这些小齿不仅为鲨鱼提供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发挥作用，“迪恩教授说。 “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。 “结构性的主要好处着色相对于化学着色，因为它降低了材料的毒性并减少了环境污染，“Kamska 博士说。 “结构色是一种可以提供很大帮助的工具，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，这为研究结构如何导致新功能创造了一个游乐场，”Dean 教授说。 “我们对其他鱼类如何产生颜色了解很多，但鲨鱼和鳐鱼与骨质不同数亿年前的鱼类——所以这代表了一条完全不同的造色进化路径。 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。