6种神奇的透明生物及其隐身策略

来源: ScienceAlert

本文介绍了六种透明生物及其隐身策略,包括玻璃鱿鱼、玻璃蛙等,探讨了这些生物如何利用透明度进行伪装,以及科学家如何从这些生物中获得灵感,将透明技巧应用于技术和设备中。

自古以来,隐形的力量一直吸引着我们的想象力——从古代神话到现代幻想中的戒指和斗篷,它们都能赋予这种能力。

实现某种隐形的一种方法是让光线直接穿过你——变得透明。这需要一个由既不散射也不吸收撞击它们的光的组织构成的身体。自然界中充满了这种生物的例子。

加拿大麦克马斯特大学的行为生态学家詹姆斯·巴尼特在今年早些时候讨论玻璃蛙时解释说:“从表面上看,透明是完美的伪装。”

“在水生物种中,动物组织与周围水具有相似的折射率,这种情况相对常见。”

折射率描述了光线通过材料的速度,与真空中的速度相比。

由于光线的路径会直接响应其在从一个介质到另一个介质时速度的变化而弯曲,较低的折射率意味着较少的弯曲。而较少的弯曲意味着更清晰的透明度。例如,窗玻璃的折射率为1.52。水为1.33。而空气更接近1。

许多微观和海洋生物利用透明度来隐藏在只有水的地方,包括经典的水母、海螺和许多小鱼。

巴尼特解释说:“空气和组织的折射率差异很大,因此透明度在陆地物种中预计效果较差。确实,陆地例子很少。”

但一些陆地植物和动物也进化出了至少部分的透明度——从昆虫翅膀到普通的肉质植物Haworthia cooperi的叶子。

以下是六种透明物种及其隐身策略。

除了眼睛和胃,玻璃鱿鱼几乎完全透明。

鱿鱼的眼睛和内脏无法变得透明,伍兹霍尔海洋研究所的生物学家Sönke Johnsen在2001年关于动物透明度的评论中解释道。“眼睛必须吸收光线才能发挥功能,而内脏则因其内容物而暴露,因为即使是透明的猎物在消化过程中也会变得可见。”

但鱿鱼也有应对其不透明部分的技巧。至少有一种玻璃鱿鱼家族的60个物种的眼睛使用了一种称为光器官和反射细胞的组合来反射光线。它们共同创造了阳光透过水面的幻象。

为了最小化其可见消化器官的影响,鱿鱼在水平游泳时将其垂直定位。它们还将手臂向上抬起,如视频所示。这种姿势减少了它们的轮廓,以防鱿鱼恰好经过正在寻找阴影的饥饿捕食者上方。

玻璃鱿鱼还可以通过将头部和手臂拉入其斗篷中变形为球形作为防御机制,这个过程看起来非常荒谬。

玻璃蛙(家族Centrolenidae)的内脏也通过其透明的腹部清晰可见,但它们的形状并非由下方的捕食者观察所形成。这种部分的透明度有助于完成其伪装,因为它紧贴在其树栖森林家园的茂密绿叶上。

它的透明腹部帮助两栖动物改变亮度以匹配其选择栖息地的光线水平。蛙的四肢也是透明的,模糊了它与周围环境的界限,更好地隐藏在众目睽睽之下。

其他透明物种有不同的策略来隐藏其可见的眼睛组织,例如甲壳类动物的视网膜与周围环境的颜色和亮度相匹配。深海片脚类动物Paraphronima gracilis的眼睛几乎占其身体的50%。进化找到了一种方法,使这些巨大的眼球大部分透明,除了每只眼睛中的12个微小的红色视网膜。

那些视网膜以正确的方式排列,使它们从下方不太明显,同时最大化它们对上方光线的敏感度。

为了对抗由于空气和生物体之间折射率变化引起的反射,一些生物进化出了具有亚微观凹凸的组织。如果凹凸的宽度小于落在它们上的光线波长的一半,它们会在两个界面折射率之间形成平均的光滑梯度,破坏表面反射光的能力。

咖啡蜂蛾(Cephonodes hylas)在其惊人的透明角质翅膀以及眼睛的角膜表面上使用了这种策略。

许多小鱼在开始时都是透明的幼虫,随着海洋洋流漂流,鳗鱼也不例外。在达到成年形态之前,淡水鳗鱼经历了一个leptocephalus幼虫阶段,然后是一个玻璃鳗鱼阶段。

这些漂浮的带子采取了极端的策略,使自己变得扁平。物体越薄,光线越能不受干扰地通过。这也使它们很难从侧面看到。

干旱时,骨花(Diphylleia grayi)看起来像一朵相当典型的白花。然后雨水降临,它们神奇地变成了精致的花形水晶。

它们白色的颜色不是来自色素,而是当花瓣的粗糙表面和空气间隙一起反射光线时产生的幻觉。透明细胞表面和其突出物之间的空气间隙的折射率差异足以扩散和反射大量撞击它们的光线,使它们呈现白色。

但随着雨水填满细胞之间的空间,取代空气,细胞和间隙的折射率变得更加匹配,让更多的光线不受改变地通过,让我们也能直接看到它们——就像一件湿透的白色T恤。

无论这是否为D. grayi提供了任何进化优势,仍然是一个谜,但它们是美丽的见证。

科学家们从这些神奇的生物中汲取灵感,并将其中一些透明技巧应用于我们的技术中。

生物学家已经使用鱿鱼的蛋白质工程化人类细胞以改变不透明度,因此我们可以更好地看到其中的情况。工程师们正在试验蛾翅膀的凹凸表面方法,以创建设备的抗反射表面。

这些奇妙而奇特的生命形式展示了一些极端的方式,进化在“吃或被吃”的游戏中扭曲了光线。

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