深海超黑鱼如何消失–吸收超过99.5％的光的皮肤背后的科学

超黑太平洋黑龙（Idiacanthus antrostomus）是研究小组研究的第二大黑鱼。这些鱼具有生物发光的诱饵，可用来吸引猎物，如果不是因为它们的黑黑色皮肤和透明的抗反射牙齿，它们的诱饵反射会吓跑猎物。太平洋黑龙还具有在其眼睛下方的发光器官，科学家预计它们可能会被用作探照灯，以发现猎物。在7月16日出版的《当前生物学》杂志上，由史密森尼国家自然历史博物馆领导的一组科学家研究动物学家Karen Osborn和杜克大学生物学家SönkeJohnsen报告了独特的色素填充颗粒排列如何使某些鱼几乎吸收了所有照射到他们皮肤上的光，因此只有0.05％的光被反射回去。

超黑鱼皮以一种极其有效的新方式吸收了超过99.5％的光，这一发现可能会推动高科技的光学和迷彩技术的发展。

史密森尼科学家和一组研究人员在海洋深处，那里几乎没有阳光，但他们发现了已知的最黑的物质之一：某些鱼类的皮肤。这些超黑鱼吸收光线的效率很高，即使在明亮的光线下，它们也似乎是没有明显特征的轮廓。在海洋的黑暗中，甚至被生物发光的光包围着，它们从字面上消失了。

在7月16日的《当前生物学》杂志上，由史密森尼国家自然历史博物馆领导的一组科学家研究动物学家卡伦·奥斯本和杜克大学生物学家桑克·约翰森报告说，独特的色素填充颗粒排列如何使一些鱼能够吸收几乎所有的鱼类。光线照射到他们的皮肤上，因此只有0.05％的光线反射回来。奥斯本说，模仿这种策略可以帮助工程师开发价格更便宜，更灵活，更耐用的超黑材料，以用于光学技术，例如望远镜和照相机以及迷彩。

奥斯本（Osborn）第一次尝试拍摄一些惊人的黑鱼时，就对鱼皮产生了兴趣，她和她的同事们用拖网捕捞了这条黑鱼，该网用于采样深海。她说，尽管设备精良，但她无法捕获图像中的任何细节。“您如何设置相机或照明灯都没关系-它们只是吸收了所有光线。”

一种超黑鱼物种角op（Anoplogaster cornuta）的标本。这种鱼经过取样和记录后非常活泼，以至于研究小组在被拖网捕捞后的第二天通过潜艇将其释放回深处。在7月16日出版的《当前生物学》杂志上，由史密森尼国家自然历史博物馆领导的一组科学家研究动物学家Karen Osborn和杜克大学生物学家SönkeJohnsen报告了独特的色素填充颗粒排列如何使某些鱼几乎吸收了所有照射到他们皮肤上的光，因此只有0.05％的光被反射回去。

实验室的仔细测量证实了相机无法捕捉其特征的原因：在深海发现的许多黑鱼吸收了超过其表面99.5％的光。这意味着它们是超黑色的-比黑纸更黑，比电工胶带更黑，比全新轮胎更黑。在黑暗的深海中，一个光子的光子就足以引起人们的注意，强烈的黑度可以提高鱼类的生存几率。

由于太阳光不能到达海洋表面以下几百米，因此大多数深海生物都发出自己的光，称为生物发光。生物发光光用于吸引伴侣，分散食肉动物和吸引猎物。它们还可以暴露附近的动物-挫败捕食者的隐身方法或向潜在的猎物照射灯塔-除非这些动物具有正确的伪装。奥斯本说：“如果您想融入周围无限的黑暗环境，那么吸收击中您的每个光子是一个不错的选择。”

一种超黑鱼物种角op（Anoplogaster cornuta）的标本。

超黑鱼的近乎完全的光吸收取决于黑色素，黑色素是使人的皮肤着色并保护其免受日光照射的同一色素。奥斯本和她的同事发现，这种色素不仅在超黑鱼的皮肤中丰富，而且以独特的方式分布。充满色素的细胞室称为黑素体，密密麻麻地包裹在色素细胞中，这些色素细胞非常紧密地排列在超黑鱼皮肤表面的连续层中。黑素体的大小，形状和排列使它们将没有立即吸收的任何光引向细胞内相邻的黑素体，然后吸收剩余的光。

奥斯本说：“实际上，他们所做的就是制造一个超高效，超薄的光阱。”“光不会反弹；灯不亮。它只进入了这一层，就消失了。”

该研究的合著者亚历山大·戴维斯（Alexander Davis）表示：“这些含有色素的结构就像一个小型口香糖机一样被包装在皮肤细胞中，其中所有口香糖的大小和形状都恰到好处，可以将光线捕获在机器中。”杜克大学生物学博士。

鱼不是唯一已知能够捕获足够的光以产生超黑表面的动物。在一些鸟类和一些蝴蝶上发现了超黑的羽毛和鳞片，它们与色彩鲜艳的区域形成对比，从而使颜色显得更加鲜艳。这些动物通过将黑色素层与捕捉光的结构（如细管或盒子）结合在一起而产生效果。奥斯本说，在资源有限的深海中，超黑鱼似乎进化出了更有效的系统。“这是我们所知道的唯一使用颜料本身来控制任何最初未被吸收的光的系统。”这种基于黑素体的超黑度似乎是深海中的常见策略：奥斯本和她的团队在16种远缘鱼类中发现了相同的色素图案。

奥斯本说，采用这种有效的设计策略可以改善超黑材料的制造，超黑材料目前使用的体系结构更像是在超黑鸟和蝴蝶中发现的结构。目前，对于敏感的光学设备所追求的这种材料非常脆弱且生产昂贵。她说：“如果要使吸收颜料的尺寸和形状正确，则无需构建某种结构来捕获光，您可以便宜地获得相同的吸收，并且[使材料]更不易碎，”她说。说过。

###

参考：亚历山大·戴维斯（Alexander L. Davis），凯特·N·托马斯（Kate N.Thomas），弗雷亚·E·戈茨（Freya E. Goetz），布鲁斯·H·罗比森（Bruce H.Robison），索恩·约翰森（SönkeJohnsen）和凯伦·奥斯本（Karen J.
10.1016 / j.cub.2020.06.044

史密森尼大学，杜克大学，美国国家海洋与大气管理局以及美国国防部的国防科学与工程研究生奖学金为这项研究提供了资金和支持。