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大自然的隐身者:"浑身透明"、蒙蔽天敌双眼

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大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

出品|网易科学人栏目组

译者|晗冰

章鱼会喷出墨汁,让周围水域变得一片浑浊,这我们都非常清楚,但要如何变得完全透明隐身?众所周知,现实中如果要实现隐身,物体本身就要让光线畅通无阻,或者让周围的光线产生弯曲,目前还没有人能够真正做到这一点。但有些动物却可以。

玻璃章鱼

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

图示:深海中的玻璃章鱼

如果海洋中的动物想要使自己隐身,它们通常有两个选择。生活在靠近海底的深海生物可以将自己的体表颜色与海底的沙子或岩石混合在起来,或者是隐藏在珊瑚中。当然在深海里,常常是漆黑一片,很多食肉动物并没有惯常的视觉,所以视觉上的隐身并无必要。

生活在上层海水中的动物大可以通过生物发光产生令人眼花缭乱的光线,从而隐藏自己的行踪。这会让下层海水中的扑食者无法从射入海水的阳光中分辨出动物。然而,对于生活在海水中上层的动物来说就没有这么幸运了,他们既没有深海黑暗环境的庇护,也无法依赖海面上的阳光来保护自己,因此这里恰恰是隐身动物最集中的地方。

也许最简单的隐形方式就是让自己变得透明,让光线完全穿过身体。在没有遮蔽物的海洋中,提高自身透明度是隐藏自己的最好办法。

玻璃章鱼(Vitreledonella richardi)就是这样的一种动物,因为它几乎完全透明。如果算上触手,这种凝胶状生物可以长到45厘米(18英寸),。它分布在世界各地的热带和亚热带300到1000米以下的海水中。除了其消化系统,视神经和眼睛之外,玻璃章鱼几乎完全是透明的。

但是,如果眼睛和内脏易燃可见,那么让整个身体透明的意义何在?更糟糕的是,这些不透明器官将在海水中投下阴影,对于其天敌来说更加明显。当然,眼睛需要吸收光线才能发挥视觉作用,所以不可能透明。内脏需要消化食物,所以除非这种生物只吃透明的食物,也不可能看不到。然而,玻璃章鱼以及所有类似的透明生物都会伪装这些器官。例如玻璃章鱼的眼睛细长,虽然减少了可视范围,但是也让投射在海水中的阴影最小化,使得身下的捕食者不太容易发现。还有一些证据表明,它的身体会和眼睛同向,以便使其阴投射的阴影最小化。

玻璃章鱼不是唯一一种通过巧妙方式隐藏眼睛的透明动物,。许多透明的软体动物会用镜面原理来伪装他们的眼睛,让眼睛反射出更多海水,所以捕食者无法察觉。

大眼乌贼(Glass Squid)或玻璃鱿鱼

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

图示:玻璃鱿鱼

在玻璃鱿鱼家族中大约有60多种生物,它们几乎完全透明,主要生活在海平面以下200到1000米的海水中。

虽然其身体是完全透明的,但他们的大眼睛却不透光,这样一来下层的捕食者可以很容易地看到它们的大眼睛投下的阴影。然而,玻璃鱿鱼使用巧妙的伪装方式来隐藏自己的眼睛。它通过眼睛下面的发光器来隐藏自己。发光器发出的光类似于海面上投射进来的阳光,所以其使得下层的扑食者完全分辨不出玻璃鱿鱼和上层阳光完全看不见捕食者在它下面游泳。然而,如果发光器发出的光纤角度固定,那么一旦捕食者从其他方位观察的话,玻璃鱿鱼就会变的非常显眼。

但宾夕法尼亚大学的研究人员发现,玻璃鱿鱼的发光器能够将产生的光量与周围的光亮相匹配,从而创造出一种全方位的隐形斗篷。

浮蚕深海蠕虫

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

图示:浮蚕深海蠕虫

浮蚕属深海蠕虫也几乎是完全透明,让捕食者很难看到它。但矛盾的是,浮蚕属中至少有11种成员也能发出明亮的光。大多数浮蚕属深海蠕虫会发出蓝色的光,但有一种浮蚕属深海蠕虫发出的光是明亮的黄色,其也是地球上少有几种能够发出这种光的生物之一。

一些浮蚕蠕虫甚至可以通过丢弃它们身体上称之为疣足的发光部分来分散捕食者的注意力,使得捕食者去追逐发光部位而放弃蠕虫本身。

海樽

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

图示:海樽

海樽是一种完全透明的桶形生物,主要通过挤压体内的海水来进食或移动。它们通过过滤水中的浮游植物来摄取营养。虽然看起来有点像水母,但实际上更复杂,其与鱼类和脊椎动物的关系要近一些——海樽有心脏和鳃,进行有性生殖。

海樽的生命周期非常奇异。在部分时间内,它们自己生活,然后会克隆自身,形成一个链状的生物体。单个海樽通过电信号彼此沟通,从而协调整个链状生物体的动作。

片脚类动物

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

图示:片脚类动物

对于海洋中的弱小生物来说,单纯提高透明度是远远不够的,还需要其他的技巧来保持隐形。对于片脚类动物这种与虾类似的小型甲壳类动物而言,它们也能够通过自身的透明来避开掠食者。但是这还不够。众所周知玻璃也是透明的,但是如果向其投射光线,仍然可以看到。这是因为光线被玻璃表面反射了。对于海洋中的生物也是如此,因为许多捕食者在捕猎时使用生物发光器作为探照灯来搜寻猎物。

最近的一项研究表明,片脚类动物的隐身能力不仅仅限于简单地提高透明度。事实证明,它们能够使用一种纳米技术来干扰和弯曲光线,从而让自己隐身。科学家们用电子扫描显微镜分析了七种片脚类动物,发现其中一种片脚类动物的腿被微小的纳米级毛发状突起所覆盖。

这些片脚类动物的全身也尺寸从100纳米到约300纳米的凸起所覆盖。微小的纳米级凸起可以最大限度地减少光的散射,而对于这种特殊的片脚类动物而言,凸起和毛发两种纳米结构的组合可以将光的反射率降低100倍。研究人员认为这些覆盖片脚类动物身体的实际上可能是细菌。

章鱼(Japetella heathi)和鱿鱼(Onychoteuthis banksii)

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

在隐身方面,章鱼(Japetella heathi)和鱿鱼(Onychoteuthis banksii)也是行家,它们可以将自己从透明状态转变为红棕色。

这些物种生活在600到1000米深的太平洋中。这一区域被称为海洋的中上层地带。由于海水表面的漫射阳光直接透过透明组织,提高透明度有助于其隐身。但是,如果将光线直接照射在透明的物体上时,其就会变得非常明显。

不幸的是在深海中这种情况经常发生。捕食者在捕猎时会使用称为发光器的器官来搜寻猎物。因此,这一深度的很多生物外表通常是红色或黑色,以便尽可能地反射出更少蓝光。章鱼和鱿鱼的皮肤中都含有相关的感光细胞,因此都可以变换身体色彩。其感光细胞含有染料,当检测到光时,就会立即膨胀并释放颜色。

蓝宝石水蚤

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

图示:蓝宝石水蚤

蓝宝石水蚤有蚂蚁大小,主要生活在温暖的热带和亚热带海洋中。他们属于桡足类甲壳动物。其能够发出各种色彩的光,有蓝色、红色以及黄色。

令人惊奇的是,它们可以上一秒钟还在闪烁,下一秒钟似乎就完全消失。研究发现,其皮肤或角质层细胞包含以六角形蜂窝图案排列的微小晶体。晶体中含有构成DNA四个碱基之一的鸟嘌呤。晶体层间通过称为细胞溶质的流体彼此分离。

科学家团队发现,尽管鸟嘌呤晶体层厚度相同,都是70纳米,但层间细胞质的厚度可以在50至200纳米之间不断变化。这种特性决定了蓝宝石水蚤的颜色变化。较厚的细胞质能够反射波长较长的光波,这使得蓝宝石水蚤看起来就是红色或品红色。

其外表颜色也取决于入射光线的角度。随着角度变得越来越小,反射光的波长变短并且颜色变得更紫。如果角度变得足够小,则反射光就完全落在紫外光谱中,这意味着我们就无法看到蓝宝石水蚤,以45°角射入蓝宝石水蚤的光线能够让其不可见。

玻璃蝴蝶

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

图示:玻璃蝴蝶

以上所讨论的所有透明动物都生活在海洋中。而对于生活在陆地上的植物和动物来说,要实现隐身难度更大,因为生物体组织和空气在折射率方面存在如此大的差异。实际上一种材料的折射率反映了光线穿过它的速度。光在真空中行进最快,一般来说,材料越密集,穿过其的光折射率越大。

由于生物组织比空气厚得多,密度也要大得多,因此当光波从空气射入身体组织时,它们会减慢很多。这导致光线改变方向和发生散射,从而让生物外形可见。

在海洋中,水和生物组织在折射率方面的差异较小,所以变得透明相对容易,因此这也是为什么在海洋中有很多“几乎”看不见的动物。从另一方面讲,陆地上的生物体需要诸如黑色素来保护他们免受太阳的紫外线辐射,所以我们不会在在陆地上看到很多类似的动物。

但是总有一些例外。其中一种就是是居住在中美洲的玻璃蝴蝶。

虽然其并不是完全透明,但透明的翅膀使得捕食者难以追踪飞行中的玻璃蝴蝶。为了能够看清楚玻璃蝴蝶如何实现透明,科学家在电子显微镜下检查了它们的翅膀。他们发现其中随机分散着微小的纳米尺寸凸起,长度也不尽不同。这种纳米尺度的结构随机分布,大小不一,似乎有助于蝴蝶将其翅膀的光反射最小化。纳米柱干扰了光线的反射撞击机翼,导致大部分光直接穿过了其翅膀。

透明软体动物

大自然的隐身者:浑身透明、蒙蔽天敌双眼

图示:透明蜗牛

还有一种是在克罗地亚最深的洞穴中发现的半透明蜗牛。法兰克福歌德大学的科学家发现,在位于卢卡那牙买加特罗深达980米的洞穴中发现了这种软体动物。

地下洞穴中发现的这种微型蜗牛无法自行移动。研究人员认为,它们借助小溪的水流来移动。

然而,虽然它是半透明的,但蜗牛仍然是可见的,这也从侧面说明陆地生物要想要实现海洋生物的隐身效果是何等困难。

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