海藍寶石是如何隱形的?

海藍寶石結合了閃蝶的絢麗、橈足類的可愛以及克林貢猛禽艦的隱身技能。但它是如何做到這一切的呢?

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本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點


海藍寶石結合了閃蝶的絢麗、橈足類的可愛以及克林貢猛禽艦的隱身技能。前一秒它還色彩鮮豔地閃爍著,然後,砰的一聲,它就在你眼前消失了。觀看來自《美國化學學會雜誌》的這段影片,看看我的意思。

海藍寶石是橈足類動物——一種小型甲殼類動物,長著長長的觸角,幾乎在所有有水的地方都能找到。在開闊的海洋中,它們生活在海面和約1000英尺之間。


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它們產生的色彩閃爍幫助它們在無盡的藍色中脫穎而出,並且因每個物種偏好的深度而異。黃色、橙色和紅色的海藍寶石在靠近海面的地方被發現,而綠色、藍色、紫色和品紅色的海藍寶石則在更深的地方被發現,那裡只有這些較短波長的光線才能穿透。然而,即使在同一物種內,不同的海藍寶石也會產生不同的顏色。科學家認為它們鮮豔的色彩展示有助於配偶找到彼此。

 

雄性海藍寶石在向雌性展示時會螺旋式遊動,透過這種方式,它們身體產生的不連續閃光可能像我去年寫過的發光介形蟲所展示的那種訊號。海藍寶石在螺旋式遊動期間的瞬間消失也可能起到威懾捕食者的作用。

 

與它們的光和魔法展示同樣令人驚歎的是產生這些展示的鳥嘌呤晶體反射器,它們以完美的六邊形陣列排列在橈足類動物的幾丁質表皮下。

 

它們在這裡

海藍寶石的鳥嘌呤反光晶體的檢視。(a) 顯示了在光學顯微鏡下看到的六邊形陣列。(b) 顯示了在掃描電子顯微鏡下看到的這一層的橫截面。注意被細胞質層隔開的堆疊晶體層。Pc=原表皮。Ir=虹彩細胞。(c) 顯示了“緊密堆積的完美六邊形晶體”陣列以及晶體被細胞質層隔開的另一個側檢視。海藍寶石顯然可以成為終極卡坦島遊戲空間。圖 1 來自 Gur 等人 2015 年。點選此處檢視來源。

如果鳥嘌呤聽起來很熟悉,這是有原因的——它是構成 DNA 的著名 A、C、T 和 G 中的 G(或至少是 G 的一部分)。海藍寶石Sappharina metallina中有 10-14 層鳥嘌呤晶體和細胞質,而Copilia mirabilis中有 5-8 層。

 

類似的系統在變色龍、虹彩魚鱗和銀蜘蛛中也能找到。魚鱗、蜘蛛和海藍寶石晶體也呈薄板狀,但只有海藍寶石晶體是完美的六邊形。

 

一個以色列科學家團隊對它們如何使用晶體反射器產生不同的顏色感到好奇。儘管他們知道晶體以某種方式參與其中,但先前的假設推測鳥嘌呤晶體厚度的變化會產生不同的顏色,但事實證明這是錯誤的。事實證明,所有橈足類動物的鳥嘌呤反射器的厚度都完全相同——70 奈米。

 

因此,科學家們決定研究晶體之間細胞質層——細胞的湯狀內容物——的間距。事實證明,這才是關鍵,正如他們在上個月的《美國化學學會雜誌》上發表的一篇論文中宣佈的那樣。細胞質的厚度範圍為 50 至 200 奈米,這種變化是決定海藍寶石顏色的因素。晶體層之間較厚的細胞質層導致較長波長的反射光,儘管當主峰完全位於近紅外超長波長時,可以在紫色或深藍色光中觀察到次級發射峰。顏色的組合導致橈足類動物呈現品紅色調。

 

此外,光線照射橈足類動物的角度會影響反射光的顏色——或者是否反射任何光線。在看起來會消失的海藍寶石中,隨著光線角度從直接照射海藍寶石背部變為越來越小的入射角,發射光的波長會變短,顏色會變得更紫,直到它轉移到紫外線光譜中,從而有效地對人眼隱形。

 

參考文獻

 

Gur, Dvir, Ben Leshem, Maria Pierantoni, Viviana Farstey, Dan Oron, Steve Weiner, 和 Lia Addadi. "藍寶石橈足類動物鮮豔色彩的結構基礎。"美國化學學會雜誌 (2015).

 

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