Когда мы думаем о глубоководных обитателях океана, приспосабливающихся к темноте, на ум приходят биолюминесцентные медузы или светящиеся приманки рыбы-удильщика. Но другие глубоководные животные адаптировались в другом направлении, развив кожу, которая действует почти как черная дыра, всасывая почти весь свет вокруг себя и отражая очень мало, что позволяет животным полностью сливаться с темнотой.
В новом исследовании, опубликованном в четверг в журнале Current Biology, ученые рассмотрели 16 видов глубоководных животных, которые могут поглощать более 99,5 процентов видимого света, направленного на них, что делает их одними из самых черных известных животных. Они обнаружили, что, несмотря на то, что эти 16 видов разнообразны, а некоторые из них имеют весьма отдаленное родство, все они имеют плотную пигментацию в клетках кожи, структурированную как для рассеивания, так и для поглощения света.
"Большинство этих рыб размером от нескольких дюймов до размера вашей руки", - говорит Карен Осборн, зоолог из Смитсоновского национального музея естественной истории и один из старших авторов статьи. "Если посмотреть на них, то они просто бархатисто-гладкие, чернильно-черные, и на них очень трудно разглядеть какие-либо детали. Это действительно очень круто".
Осборн, которая регулярно фотографирует экземпляры, попадающиеся ей во время исследовательских круизов, заинтересовалась этими рыбами в 2014 году, когда ей с трудом удалось запечатлеть их темную кожу на камеру. "Практически невозможно получить хорошие фотографии этих действительно черных глубоководных рыб. Кажется, что они поглощают весь свет, независимо от того, как вы настроите вспышку или параметры камеры", - говорит она.
Хотя кожа этих рыб не такая черная, как искусственные материалы, такие как Vantablack (который поглощает 99,965 процентов всего света), это, конечно, удивительно, что эти животные могут органически производить клетки, которые почти неестественно темные, говорит Александр Дэвис, аспирант Университета Дьюка, который был соавтором статьи и работал над моделированием структуры клеток кожи.
Эта ультрачернота почти наверняка является камуфляжной тактикой, позволяющей рыбам скрываться как от хищников, так и от добычи. Но в почти полной темноте морских глубин, где так мало видимости, зачем вообще нужна маскировка?
"В абсолютно черном океане вам не нужно беспокоиться о солнечном свете, - говорит Дэвис, - но вам придется беспокоиться о животных, у которых есть прожекторы, или маленькие фотофоры на голове, которые светят и помогают охотиться за добычей, или о видах хищников, которые могут извергать биолюминесцентную жидкость, чтобы попытаться пометить вас". Улавливая эти шальные лучи света и пряча их подальше, они помогают этим рыбам избежать того, чтобы стать обедом, и помогают им подкрасться к обеду.
Один экземпляр ультрачерной рыбы вида Anoplogaster cornuta. Карен Осборн, Смитсоновский институтНо если способность скрываться от хищников и добычи - несомненно, ценная черта, то кожа, поглощающая 99,5 процентов всего света, кажется довольно экстремальной. Команда хотела выяснить, какое значение ультрачерная кожа по сравнению с просто черной имеет для способности рыб ускользать от обнаружения. Используя вычислительную модель, они обнаружили, что рыба с 2-процентным отражением света может быть замечена с вдвое большего расстояния, чем рыба с 0,5-процентным отражением.
"Большинство этих ультратемных рыб не являются родственниками друг друга, и все же они пришли к одному и тому же решению, маскируясь таким образом", - говорит Осборн. "Есть небольшие различия в том, как они это делают, но в основном это одна и та же стратегия - прекрасный пример конвергентной эволюции".
Эти черты, появившиеся в результате конвергентной эволюции, когда два неродственных животных развивают схожие адаптации, функционируют одинаково даже на микроскопическом уровне, объясняет она. Их кожа выглядит совсем не так, как у других рыб - их меланин плотно упакован в сверхтонкий слой клеток, расположенный на самой внешней стороне кожи. Это довольно необычная структура, поскольку у большинства рыб есть несколько дермальных слоев над и под слоем пигментации.
Эти пигментные клетки кожи называются меланосомами, и каким-то образом эти рыбы эволюционировали так, что их меланосомы могут одновременно рассеивать и улавливать свет, говорит Дэвис: "Именно сочетание этих двух явлений делает их такими черными".
Ультрачерные рыбьи меланосомы могут стать источником вдохновения для создания новых синтетических материалов черного цвета, говорит Дэвис. Структура этих пигментных клеток уже вдохновила других ученых поиграть с синтетическими частицами меланина. Все существующие на сегодняшний день искусственные черные материалы сделаны из углеродных нанотрубок, которые чрезвычайно трудно создать. Но это направление исследований, вдохновленное природой, может дать новые материалы, которые потенциально могут быть использованы в оптическом оборудовании. Такие приборы, как камеры и телескопы, часто полагаются на сверхтемные материалы для улавливания рассеянного света и минимизации ненужных сигналов.
Тот факт, что эти рыбы намного темнее, чем многие из наших искусственных материалов, показывает, как многому нам еще предстоит научиться у природы, и как животные все еще способны на то, что мы едва понимаем. И в этом прелесть полевых исследований в океане, говорит Осборн: "Никогда не знаешь, что найдешь".
Ультрачерный тихоокеанский черный дракон (Idiacanthus antrostomus), вторая самая черная рыба, изученная исследовательской группой. Карен Осборн, Смитсоновский институт