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有光反倒隐身了

2018-02-18远道

科学之谜 2018年12期
关键词:隐身衣水蚤纳米级

远道

借光作隐身衣

说起隐身,你大概会想到哈利·波特的隐形斗篷,在魔法世界里,隐身衣由隐形兽的毛发制作而成,能使它所覆盖的人或物隐形。在动物世界,有些动物也拥有隐身衣,不过它们的隐身衣来源于光。这些能把光作为隐身衣的动物大多生活在海洋里。

海洋里的小动物要想隐身,避免成为天敌的腹中餐,一般有3种选择。生活在黑魆魆的深海中的小动物,或把自己埋在泥土中;或藏身岩石;或躲在珊瑚丛中。在接近海底的深海里,阳光难以到达,所以在这黑暗深海中的捕食者要么没有眼睛,要么视力极弱,因此小动物们只要找到藏身之地,一般都能躲避敌人的追击。生活在靠近海面的小动物则不同,那里光线充足,它们的躲避方法是让自己发光,比如耳乌贼的身上的发光菌能发出与周围光照强度相同的光,使得耳乌贼在捕食者眼中是隐形的。

不过,有些小动物生活在既远离海面,又不接近海底的中深度海域中,这里光线微弱,也没有可躲藏的泥沙、珊瑚丛,以上两种隐身法都不适用。它们只能另辟蹊径,给自己披上用光做的隐身衣。光作隐身衣的方法是让光线能够完全穿透身体,使自己变得透明,光线无法反射到捕食者眼中,捕食者就无法看到它们,就好比你走进商场大门时,明明眼前什么也没有,向前走却撞到了东西,原来那里有一扇透明的玻璃门,光线没有发生反射进入你的眼睛,看不见玻璃的你以为那里什么都没有,便一头撞了上去。

让光穿过身体

在海洋里,深谙透明之道的动物可不少,玻璃章鱼便是其中的佼佼者。玻璃章鱼,顾名思义,它几乎完全透明。玻璃章鱼生活在热带、亚热带300~1000米水域中,包括触手,身长最长可达45厘米,这种章鱼除了消化器官和眼睛以外,身体的其他区域全是透明的。你也许会想,既然消化器官和眼睛并非透明,那么让身体变得透明有什么意义呢?捕食者不是一样可以看到它吗?更糟糕的是,这些器官会在水下投下阴影,这不是会让它们更容易被注意到吗?这些的确是问题,但是没办法,玻璃章鱼需要眼睛聚光视物,不能透明。所以它只能费尽心思将眼睛隐藏起来,玻璃章鱼不像其他种类的章鱼一样有着又圆又大的眼睛,它的眼睛极为细长,这样可以保证眼睛的投影足够细小,让捕食者难以注意到。至于器官之所以不透明,是因为里面装着章鱼吃的食物,这些即将被消化的食物一般吸引不了捕食者的兴趣。

在海洋里,不但有玻璃章鱼,还有玻璃鱿鱼,玻璃鱿鱼种类较多,大约有60多种,生活在海平面下200~1000米的海域中。玻璃鱿鱼与玻璃章鱼类似,能使光线穿过它的身体,并且它的眼睛也不是透明的。与玻璃章鱼不同的是,玻璃鱿鱼都长着又圆又大的眼睛,那么它们是怎样将大眼睛藏起来的呢?原来玻璃鱿鱼的眼睛下面长着一种特殊的发光器官,这种器官能够发出与周围环境光照强度相同的光芒,借此隐形,与生活在海平面附近的某些动物类似。在下方游动的捕食者看不到玻璃鱿鱼,但玻璃鱿鱼的大眼睛使它们可以“眼观六路”,从其他角度捕捉到捕食者的位置,方便逃跑。

除了玻璃章鱼和玻璃鱿鱼,还有许多海洋生物也掌握着透明的本领,如长得像鱼鳍的浮蚕、形似海蛰的海樽等,但有时候,光靠透明还不足以躲避捕食者。在中深度海域中,有部分动物有自己的照明设备,例如头上长“灯”的鱼,在周围光线下透明的动物被鱼的灯一照,就会显形。这是因为透光性受到光的频率和波长影响,而鱼的灯发出的光与周围光线的频率不同,透光性被改变,它们自然就会被看见了。所以,要躲避这些自身会发光的捕食者,还得有新招。

纳米级隐身衣

长着8对足的端足类生物的隐身方法远比透明要复杂,它们身披纳米级隐身衣。科学家用电子显微镜观察了端足类生物,发现它们的腿上覆盖着纳米级的毛状突起,这些突起直径从100纳米到300纳米不等。科学家发现,这些纳米级的毛状突起能将反射系数降低100多倍,并使光的散射最小化,使得身体不会反射足够的光线进入捕食者的眼中,得以逃出生天。不过,科学家认为,这些毛状突起很可能不是端足类自身长出来的,而是覆盖其腿上的某种共生细菌,也就是说,端足类的纳米级隐身衣其实是细菌。

叶水蚤也有纳米级隐身衣,不过它们的隐身衣不大稳定。如果你仔细观察,会发现叶水蚤是忽隐忽现的,这是为什么呢?叶水蚤被誉为“海蓝宝石”,它们有着绚烂的色彩,但又会突然消失,这是因为叶水蚤的表皮上平铺着一层又一层的六边形的微小鸟嘌呤晶体,层与层之间间隔着细胞质,鸟嘌呤晶体的厚度是相同的,都是70纳米,但所间隔的细胞质厚度却不同,从50到200纳米不等,形成了细胞质独特的微观层状结构。正是细胞质层的不同厚度影响了叶水蚤的不同颜色,较厚的细胞质层会反射波长较长的光,较薄的则相反。科学家经过多次试验发现,叶水蚤的颜色还取决于光的入射角度,当光线以0°入射时,叶水蚤呈蓝紫色,而入射角为45°时,反射的光属于紫外光,人眼看不到,大多数动物也看不到,叶水蚤因此隐形了。想象一下,叶水蚤的天敌看见了颜色鲜艳的叶水蚤,匆匆赶到,却发现刚刚还在闪闪发光的叶水蚤突然消失了,没一会儿又出现了,忽隐忽现,忽左忽右,它无法正确捕捉到叶水蚤的位置,是否和你拿着逗猫棒逗你家的猫玩有点异曲同工之妙?

讀到这里,你会发现上文所提到的利用光隐形的动物都生活在海洋里,难道陆地上没有这样的动物吗?有,但很少。

陆上动物难借光隐形

陆地上隐形的动物为什么很少呢?这是因为要变透明,需要既不吸收光也不反射光的物质,对于陆地上的动植物来说,是一项艰巨的任务,因为一般来说,物体密度越大,折射率越大,空气的平均密度是1.29千克/立方米,而生物体如人体的平均密度大约是1050千克/立方米,二者密度相差较大,这造成了两者之间的折射率也有较大差距。当光从空气中穿过组织时,更容易发生折射、散射和反射,生物体也更容易被看见。而在海洋中,海水和一些海洋动物之间的折射率相差较小,变得透明对于它们来说更简单。

另外,生活在陆地上的动物要直面阳光,它们需要诸如黑色素这样的色素来抵御阳光带来的辐射伤害,而海洋中的动物有海水帮它们吸收了辐射。

但凡事总有例外,陆地上的透明动物虽罕见,但也确实存在,生活在中美洲的玻璃翼蝶就是一个特例。虽然只有翅膀是透明的(除了翅膀边缘),但透明的翅膀足以让它们躲过捕食者的追踪。玻璃翼蝶的翅膀之所以透明是因为其翅膀上遍布纳米级的小颗粒,作用与端足类的纳米隐身衣相同。除此之外,在克罗地亚,科学家还发现了一种半透明的蜗牛,它们生活在黑暗的洞穴里。虽然半透明,但仍然可见,足以见得在陆地上要做到借光隐形是多么困难。

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