魷魚隱身術：彩虹色面板，還能調節明暗？

魷魚，除了好吃，也是一種天生自帶彩虹面板的神奇生物。

經過了數億年的進化，它們擁有了動物界最複雜的面板。其實會變色的物種很多，但魷魚的面板不僅能夠調節反射光線的顏色，並且配套調節光線的亮度的技能。

好看是好看，有什麼實際用處嗎？也就隱個身吧。它能讓一隻魷魚夠在廣闊的、通常毫特色的開闊水域狩獵、交流、躲避捕食者和交配。

魷魚的這項技能是如何形成的？一切來源於一個微妙但強大的機制。

01

一個優雅的機制。

魷魚調節彩虹面板的非凡能力，歸結為一個微妙但強大的機制。

魷魚有專門的色素細胞，稱為色素細胞，它們會膨脹，使自己暴露在光線下，產生不同深淺的色素顏色。

迄今為止的研究已經證實，某些反射蛋白是導致虹彩光線的原因，但魷魚調節反射光亮度的能力仍然是個謎。

莫爾斯之前的研究已經揭示了乳白色海岸魷魚（Doryteuthis opalescens）面板中的虹彩細胞（光反射細胞）的結構和機制，它幾乎可以呈現出彩虹中的每一種顏色。它發生在

細胞膜

上，摺疊成稱為薄片的

奈米級的手風琴狀結構

，形成微小的亞波長寬外部凹槽。

“這些微小的凹槽結構就像我們在光碟上看到的刻痕一樣。

”反射的顏色取決於凹槽的寬度，該寬度對應著特定的光波長(顏色)。

在魷魚的虹彩細胞中，這些片層還有一個額外的特點，那就是可以透過一個非常精細調節的“

滲透馬達”

，在片層中收縮或擴散反射蛋白，驅動“滲透馬達”來變形、拓寬和縮小這些凹槽。研究人員認為，儘管包含反射蛋白的材料系統能夠近似地改變魷魚的虹彩顏色變化，但嘗試複製增強這些反射亮度的能力的嘗試卻總是很短。魷魚皮中的reflectins，增強了作用。結果證明，這個東西就是

包裹反射光的薄膜——片層

，些相同的結構將光分成不同顏色的溝槽。

莫爾斯說:“進化不僅精巧地優化了顏色調節，還利用相同的材料、相同的蛋白質和相同的機制調節了亮度。”

02

以思想速度傳播的光。

這一切都始於一個訊號，一個來自魷魚大腦的神經元脈衝。

“反射蛋白通常帶有很強的正電荷，”莫爾斯說到彩虹蛋白時強調，當不被啟用時，它們看起來像一串珠子，相同的電荷意味著它們相互排斥。但是，當神經訊號引起反射物與中和正電荷的帶負電荷的磷酸基結合時，情況就會改變。沒有了使蛋白質保持在無序狀態的斥力，它們就會摺疊並相互吸引，在片層中積累成更大的聚集物。這些聚集物對膜層施加滲透壓，膜層是一種半透膜，在將水釋放到細胞外之前，它只能承受聚集反射物所產生的一定壓力。

“水會從類似手風琴的結構中被擠壓出來，這樣手風琴就會摺疊，所以摺痕之間的厚度就會減少，這就像讓CD的凹槽更緊密地結合在一起。”莫爾斯解釋說：“因此，被反射的光可以逐漸從紅到綠再到藍。”與此同時，薄膜的坍塌集中了反射物，導致它們的折射率增加，放大了亮度。

滲透壓是驅動這些光學特性調整的馬達，它以一種高度校準的關係將片層緊密地連線到反射物上，從而最佳化輸出(顏色和亮度)到輸入(神經訊號)

。莫爾斯說，消除神經訊號，物理學就會逆轉。“這是一個非常聰明的、間接的方式改變顏色和亮度控制的物理行為的所謂的依數性滲透壓，不是很明顯，但它揭示了錯綜複雜的進化過程，磨練的幾千年的突變和自然選擇和優化了這些過程。”03

Tunable-Brightness超薄薄膜

。

薄膜的存在可能是開發具魷魚光學調諧能力的關鍵環節。

“如果沒有圍繞反射蛋白的薄膜，這些人造薄膜的亮度就不會發生變化。”他正在與工程部門的同事合作，研究製造出更像魷魚皮的薄膜的可能性。“如果我們想要捕捉生物的能量，我們必須包括一些類似膜的外殼，允許可逆調節亮度。”根據研究人員的說法，“反射蛋白的不斷進化的有效耦合，與精心設計的電子、磁、機械和聲學系統中的啟用-換能器-放大器網路的阻抗匹配耦合非常相似。”在這種情況下，啟用物將是神經元訊號，而反射物則充當感測器，

而滲透控制膜則充當放大器。

通過了解魷魚如何在最簡單的背景中藏身，就有可能生產出具有相同光調諧特性的材料，適用於各種應用。“這一發現關鍵作用的膜在調整反射的亮度有有趣的影響對於未來buihybrid材料和塗料的設計可調光學特性，可以保護士兵和他們的裝置，”斯蒂芬妮McElhinny說，陸軍研究辦公室專案經理，美國陸軍作戰能力發展的一個元素命令陸軍研究實驗室。過去十年，莫爾斯一直致力於解開魷魚皮的秘密，在陸軍研究辦公室的支援下，以及發表在《應用物理快報》（Applied Physics Letters）雜誌上的研究成果，他和合著者埃斯特·塔森（Esther Taxon）在解開魷魚皮下的複雜機制方面更進一步。

幾個世紀以來,人們一直驚訝於魷魚改變面板的顏色和調節光線的能力，奇特的外表和奇怪的智慧，以及對開闊海洋的掌控，讓看到它們的人感到敬畏。

的能力

END

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