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透明海洋生物有哪些?透明海洋生物怎么生存?

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广阔的海洋中有一些生物,就算你用视力5.2的眼睛努力分辨,也未必看得到它们,因为它们是透明的。

提到透明的海洋生物,很多人第一时间会想到水母,当然也可能会想到凉拌海蜇皮。其实透明的海洋生物种类多样,小到深海鱼类的幼体,大到章鱼,种类可谓繁多。

透明生物种类繁多|参考文献[1]

在漫长的进化历程中,大多数动物进化出了强健的外层保护自己。而海水中摇曳的小透明们,看起来浪漫却柔弱,总是让人担心它们像海上的泡沫一触就破。其实,小透明有着自己的大本领。

小透明的生存大计

在海里,生物自我保护的方式多种多样,有的以超高的游泳速度溜之大吉,有的用化学物质进行防御,还有的把自己变成小透明。

说到自我保护,我们熟知的变色龙能根据环境变换颜色以掩人耳目,虽然也非常有效,但是缺点是要感知外界环境并快速转变身体的花纹和颜色,相当耗费力气。在这一点上,小透明们占尽先机,它们的透明属性自动地与环境融为一体。在水环境中,从各个角度以及不同深度来看,它们都是透明的,这种伪装方式非常有用。要知道,在平静的海平面下,每时每刻都在上演着弱肉强食的生存之战。

在捕食关系中,动物生存的关键在于自身能不被发现,以及自己能够探测危险和猎物。透明的动物,虽然总有一种柔弱且不敏捷的既视感,但它不容易被捕食者发现,也就避免成为海鲜自助餐。叶水蚤(Sapphirina)的天敌想吃掉它就很困难,前一秒还看到它在那里晃动,赶到现场后它立刻调皮地隐身了,你说气人不?

瞬间隐身的叶水蚤|AmericanChemicalSociety

小透明都是这般柔弱的设定,都只能被动防御?不,有些透明生物的大招就让人眼前一亮。

两种管水母目动物(Athorybiarosacea和Aglamaokeni)的身体有一部分是不透明的,这部分沉积有色素的区域可以模拟鱼的幼体充当诱饵。当不明所以的动物接近这个小小的诱饵时,它并不知道自以为的美餐旁边还有庞大的透明身躯在伺机而动。此刻的小透明早就不是柔柔弱弱不堪一击的逃命者,而是瞬间化身为凶残的深海幽灵。

管水母捕食|TED-Ed

小透明的内脏并不透明

身边透明生物为什么少

在我们的认识中,玻璃是透明的,水是透明的,但是有机物构成的动物却是不透明的。为什么这些海洋动物就透明了呢?

此刻,请你将目光稍微移开手机屏幕,你会看到花瓶里的玫瑰,或者床头的一本书这是因为这些物体反射的光进入你的眼睛,也就是能被眼睛看到。而如果你看向窗外,透过玻璃,你仍然能欣赏到路边的绿树,马路上疾驰的车辆,这是因为玻璃并没有阻碍这些物体反射的光进入你的眼睛,所以我们认为玻璃是透明的。

原则上来说,有机体如果不能将光反射进入你的眼睛,那就是透明的。对水母来说,身体约95%都是水,因此是透明的。这种变身小透明的方法,可谓简单粗暴。

小透明们的眼睛和内脏却不透明,这是因为眼睛要靠吸收光才能看到物体,内脏则因为包含有内容物(比如消化中的食物)也是不透明的。

这种章鱼(Japetellaheathi)变透明时,眼睛和内脏还是可见的|SarahZylinski

不过,大多数小透明们会用一些特定的伪装技巧来掩饰眼睛和内脏。例如,一些透明的软体动物会用镜面覆盖眼睛,利用镜面的反射作用就看不到眼睛了。还有研究人员认为,透明章鱼将眼睛进化得细长,是为了将眼睛的阴影最小化,从而达到隐藏眼睛的目的。大多数透明虾(Sergestessimilis)则会利用与眼睛或内脏相反的生物荧光(counter-illuminationbioluminescence)将不透明的眼睛和内脏隐藏起来。

和海样里的小透明相比,陆生透明生物的种类却少之又少,即使如鳞翅目中的玻璃翼蝶(Gretaoto)等,也只是翅膀部分透明。究其原因,这与陆生生物的生存环境特质是分不开的。

玻璃翼蝶|参考文献[1]

首先,我们要明确一个与透明有关的数值概念折射率

透明物体在一定程度上依赖于自身与周围环境之间的折射率差值。如果两者的折射率差值越大,则光线越容易被物体反射或者散射,物体也就不容易透明。而生物组织的折射率与其密度成正比,例如细胞质的折射率约为1.35,而紧密堆积的蛋白质的折射率可以达到1.55。海水的折射率根据温度和盐度不同而变化,但是大约为1.34。而空气的折射率却较低,约为1。

所以,陆生生物与空气之间的折射率差异,就使得其大概率无法拥有透明伪装术。此外,陆地上的紫外线等级比较高,所以生物也需要色素在体内抵御紫外线的伤害。同时,陆生生物自身也需要支持性的骨骼结构,这些物质往往都是不透明的。可见,无论是环境还是自身设定,都不利于透明生物在陆地上博猫娱乐平台登入地址,因此种类极少也就可以理解了。

也想做只小透明?

把自己压扁,或者加一层超结构

你是否也想像哈利波特一样穿上隐形衣去图书馆看禁书,去禁林夜跑,去厄里斯魔镜前打卡?想隐形的人常有,而隐形衣不常有。想隐身或许可以参考一些小透明,看它们如何在身体上做文章。

有些小透明对自己挺狠的!光通过生物组织的衰减程度是与厚度成指数相关的。什么意思呢?如果光穿过1厘米厚度的组织后,衰减40%,组织厚度增加为2厘米后衰减64%,至3厘米厚度时则衰减78%。相反地,如果厚度减小到1毫米,则光的衰减仅为5%。因此,一些小透明们就利用这一原理,通过极限地扁平化自己的身体来达到透明状态,例如栉水母,淡水水蚤,叶形幼体等。

透明的叶形幼体|wikipedia

在某些特定情况下,叶形幼体(Palinurus)甚至能将身体扁平化至1毫米厚度,有一种超越极限的感觉。然而把自己压扁这种狠手段,我们人类好像不太能达到啊。毕竟二维化可是《三体:死神永生》中二向箔的杀伤性效果,还是算了吧。

玻璃翼蝶使自己的翅膀变透明的方法,就没有那么简单粗暴了。研究人员发现,玻璃翼蝶翅膀的透明区域覆盖着一层细长的微毛,它们排列疏松、长短不一。

玻璃翼蝶的透明翅膀|参考文献[2]

而在微毛之间的区域则随机分布着如下图所示的纳米柱,它们恰恰就是玻璃翼蝶透明的秘密所在。这些不起眼的纳米柱突起充当了折射率媒介的重要角色。在纳米柱顶部,折射率与外界环境一致;在底部,表现为有机体本身的折射率;在中间区域,折射率就在这两者的区间范围内缓慢变化。这种超结构既不散射光,又能使反射光低至2%~5%,从而成就了透明的翅膀。

玻璃翼碟透明翅膀上的纳米柱(nanopillars)|参考文献[2]

人类对于透明的向往由来已久,无论是魔法世界还是科幻电影都曾塑造过透明人,然而实现起来却没有那么容易。2011年,日本科学家研制了一种神奇药水,被其浸泡过的小鼠大脑可以变成透明的。科学家利用这种药水,可以观察到几厘米深处的神经细胞网络,进一步提高人类对大脑细胞网络连接的认识。

小鼠大脑经过处理变透明,激光照射观察(上);胚胎经过试剂处理后变透明(下)|参考文献[3]

目前,我们距离使活体变成透明状态这一目标还很遥远。不过,我们从未停止对未知的探索与对自然的学习,或许有天我们披上模拟玻璃翼蝶翅膀超结构的披风,真的就变成透明人!

参考文献

[1]JohnsenS.Hiddeninplainsight:theecologyandphysiologyoforganismaltransparency[J].TheBiologicalBulletin,2001,201(3):301-318.

[2]SiddiqueRH,GomardG,HlscherH.Theroleofrandomnanostructuresfortheomnidirectionalanti-reflectionpropertiesoftheglasswingbutterfly[J].Naturecommunications,2015,6:6909.

[3]HamaH,KurokawaH,KawanoH,etal.Scale:achemicalapproachforfluorescenceimagingandreconstructionoftransparentmousebrain[J].Natureneuroscience,2011,14(11):1481.

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