Ультрачёрные глубоководные рыбы: как они исчезают в темноте

Учёные из Смитсоновского института и их коллабораторы обнаружили один из самых чёрных материалов в природе — кожу определённых глубоководных рыб. Эти ультрачёрные рыбы поглощают свет настолько эффективно, что даже при ярком освещении выглядят как силуэты без видимых деталей. В темноте океана, окружённые биолюминесцентным свечением, они буквально исчезают.

В выпуске журнала Current Biology от 16 июля команда под руководством Карен Осборн из Национального музея естественной истории Смитсоновского института и Сёнке Йонсена из Университета Дьюка сообщает, что уникальное расположение гранул, наполненных пигментом, позволяет некоторым рыбам поглощать почти весь падающий на их кожу свет — отражается всего 0.05%. Осборн отметила, что имитация этой стратегии может помочь инженерам создать менее дорогие, гибкие и более прочные ультрачёрные материалы для оптических технологий (телескопов, камер) и камуфляжа.

Осборн заинтересовалась кожей рыб, пытаясь сфотографировать удивительно чёрных особей, пойманных в глубоководные тралы. Несмотря на сложное оборудование, детали на снимках запечатлеть не удавалось: «Неважно, как ты настраиваешь камеру или освещение — они просто поглощали весь свет».

Лабораторные измерения подтвердили: многие глубоководные чёрные рыбы поглощают более 99.5% падающего света. Они чернее чёрной бумаги, изоленты или новой автомобильной шины. В глубоком море, где даже один фотон света может привлечь внимание, такая интенсивная чернота повышает шансы на выживание.

Поскольку солнечный свет не проникает глубже пары сотен метров, большинство глубоководных существ создают собственный свет — биолюминесценцию. Это свечение используется для привлечения партнёров, отвлечения хищников и заманивания добычи. Оно же может выдать nearby животных — сорвать скрытное приближение хищника или подсветить потенциальную жертву, — если у тех нет подходящего камуфляжа. «Если хочешь слиться с бесконечной чернотой окружения, отличный способ — поглотить каждый фотон, который в тебя попадает», — говорит Осборн.

Почти полное поглощение света ультрачёрными рыбами зависит от меланина — того же пигмента, который окрашивает и защищает человеческую кожу от солнца. Учёные обнаружили, что этот пигмент не только в изобилии присутствует в коже рыб, но и распределён уникальным образом. Наполненные пигментом клеточные компартменты — меланосомы — плотно упакованы в пигментные клетки, которые, в свою очередь, расположены очень близко к поверхности кожи непрерывным слоем. Размер, форма и расположение меланосом заставляют свет, который они не поглотили сразу, направляться к соседним меланосомам внутри клетки, где он и поглощается.

«По сути, они создали сверхэффективную, сверхтонкую световую ловушку, — объясняет Осборн. — Свет не отражается и не проходит сквозь. Он просто попадает в этот слой и исчезает».

«Эти структуры, содержащие пигмент, упакованы в клетки кожи, как в крошечный автомат с жвачками, где все шарики идеального размера и формы, чтобы улавливать свет внутри машины», — добавляет соавтор исследования Александр Дэвис, докторант по биологии в Университете Дьюка.

Рыбы — не единственные животные, способные создавать ультрачёрные поверхности. Подобные перья и чешуйки были найдены у некоторых птиц и бабочек, где они контрастируют с ярко окрашенными участками, усиливая цветность. Эти животные достигают эффекта, комбинируя слой меланина со светоулавливающими структурами вроде крошечных трубок или коробочек. В условиях ограниченных ресурсов глубокого моря ультрачёрные рыбы, по словам Осборн, эволюционировали более эффективную систему: «Это единственная известная нам система, которая использует сам пигмент для контроля над изначально не поглощённым светом».

Эта основанная на меланосомах ультрачернота, по-видимому, является общей стратегией в глубоком море: команда Осборн обнаружила одинаковые характерные patterns пигмента у 16 видов неродственных рыб.

Внедрение этой эффективной конструкции может улучшить производство ультрачёрных материалов, которые в настоящее время используют архитектуру, больше похожую на ту, что найдена у птиц и бабочек. Такие материалы, востребованные для чувствительного оптического оборудования, сейчас чрезвычайно хрупки и дороги в производстве. «Вместо того чтобы строить какую-то структуру для улавливания света, если сделать сам поглощающий пигмент нужного размера и формы, можно достичь того же поглощения, возможно, гораздо дешевле и сделав материал менее хрупким», — заключила Осборн.