اكتشف العلماء كيف تختفي الأسماك في أعماق البحار شديدة السواد

في أعماق المحيط، حيث بالكاد يصل ضوء الشمس، اكتشف العلماء واحدة من أكثر المواد المعروفة سوادًا: جلد السمك شديد السواد.

يمتص ما لا يقل عن 16 نوعًا من الأسماك الضوء بكفاءة عالية، حتى في الوهج الساطع تبدو وكأنها صور ظلية. يقول الباحثون إن الجلد شديد السواد يعكس فقط 0.05 في المائة من الضوء الذي يصطدم به، ويمكن أن يكون له تطبيقات في تمويه عالي التقنية للبشر.

يمتص جلد السمك شديد السواد أكثر من 99.5٪ من الضوء بطريقة جيدة وفعالة للغاية، وهو اكتشاف قد يطور التكنولوجيا البصرية والتمويه عالية التقنية.

في عدد 16 يوليو من مجلة Current Biology، قام فريق من العلماء بقيادة عالم الحيوان البحثي في المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي التابع لمؤسسة سميثسونيان، كارين أوزبورن، وعالمة الأحياء بجامعة ديوك، سونكي جونسن، بتقديم تقرير عن كيفية الترتيب الفريد للحبيبات المليئة بالأصباغ التي تمكن بعض الأسماك من امتصاص ما يقرب من كل الضوء الذي يلامس بشرتهم، بحيث ينعكس ما لا يقل عن 0.05٪ من هذا الضوء. قال أوزبورن إن محاكاة هذه الاستراتيجية يمكن أن يساعد المهندسين على تطوير مواد فائقة السواد أقل تكلفة ومرونة وأكثر متانة لاستخدامها في التكنولوجيا البصرية ، مثل التلسكوبات والكاميرات والتمويه.

أصبحت أوزبورن مهتمة بجلد الأسماك لأول مرة عندما حاولت تصوير بعض الأسماك السوداء المدهشة التي تم صيدها هي وزملاؤها في شباك الجر المستخدمة في أخذ عينات من أعماق البحار. وقالت إنه على الرغم من المعدات المتطورة، لم تستطع التقاط أي تفاصيل في الصور. "لا يهم كيفية إعداد الكاميرا أو الإضاءة - لقد امتصوا كل الضوء."

أكدت القياسات الدقيقة في المختبر سبب عدم تمكن الكاميرات من التقاط ملامحها: فقد امتص العديد من الأسماك السوداء الموجودة في أعماق البحار أكثر من 99.5٪ من الضوء الذي ضرب أسطحها. وهذا يعني أنها شديدة السواد أكثر سوادًا من الورق الأسود، وأكثر سوادًا من الشريط الكهربائي، وأكثر سوادًا من الإطارات الجديدة تمامًا. وفي أعماق البحر المظلم ، حيث يكفي فوتون واحد من الضوء لجذب الانتباه، يمكن أن يحسن السواد الشديد احتمالات بقاء السمكة على قيد الحياة.

نظرًا لأن ضوء الشمس لا يصل إلى أكثر من بضع مئات من الأمتار تحت سطح المحيط، فإن معظم كائنات أعماق البحار تصنع ضوءها الخاص، والذي يُسمى التلألؤ الحيوي. تُستخدم التوهجات الحيوية لجذب الزملاء وتشتيت الحيوانات المفترسة وجذب الفريسة. يمكنهم أيضًا كشف الحيوانات القريبة - إحباط نهج مفترس التخفي أو تسليط منارة على فريسة محتملة - ما لم يكن لتلك الحيوانات التمويه الصحيح. قال أوزبورن: "إذا كنت ترغب في الاندماج مع السواد اللامتناهي لمحيطك، فإن امتصاص كل فوتون يضربك هو طريقة رائعة للذهاب".

يعتمد امتصاص الضوء شبه الكامل للأسماك شديدة السواد على الميلانين، نفس الصبغة التي تلون وتحمي جلد الإنسان من أشعة الشمس. اكتشفت أوزبورن وزملاؤها أن هذا الصباغ ليس وفيرًا فقط في جلد السمك شديد السواد، بل يتوزع بطريقة فريدة. يتم تعبئة الأجزاء الخلوية المملوءة بالصباغ والتي تسمى الميلانوسومات بكثافة في الخلايا الصبغية ويتم ترتيب هذه الخلايا الصبغية بالقرب من سطح جلد السمكة شديدة السواد في طبقة متصلة. يتسبب حجم وشكل وترتيب الميلانوسومات في توجيه أي ضوء لا تمتصه على الفور نحو الميلانوسومات المجاورة داخل الخلية، والتي تمتص بعد ذلك الضوء المتبقي.

قال أوزبورن: "ما فعلوه بشكل فعال هو صنع مصيدة ضوئية فائقة الكفاءة ورقيقة للغاية". "الضوء لا يرتد؛ الضوء لا يمر. يذهب فقط إلى هذه الطبقة، ويختفي ". قال ألكسندر ديفيس ، مؤلف مشارك في الدراسة: "هذه الهياكل المحتوية على الصباغ معبأة في خلايا الجلد مثل آلة العلكة الصغيرة، حيث تكون جميع كرات العلكة بالحجم والشكل المناسبين لحبس الضوء داخل الجهاز". وطالب دكتوراه في علم الأحياء بجامعة ديوك.

الأسماك ليست الحيوانات الوحيدة المعروفة بحبس الضوء الكافي لإنتاج سطح شديد السواد. تم العثور على ريش شديد السواد وقشور على عدد قليل من الطيور وبعض الفراشات، حيث يتناقضون مع المناطق ذات الألوان الزاهية، مما يجعل الألوان تبدو أكثر حيوية. تنتج هذه الحيوانات التأثير من خلال دمج طبقة من الميلانين مع هياكل تلتقط الضوء مثل الأنابيب الصغيرة أو الصناديق. قال أوزبورن إنه في أعماق البحار المحدودة الموارد، يبدو أن الأسماك شديدة السواد طورت نظامًا أكثر كفاءة. "هذا هو النظام الوحيد الذي نعرفه والذي يستخدم الصبغة نفسها للتحكم في أي ضوء غير ممتص في البداية." يبدو أن هذا السواد الفائق القائم على الميلانوسوم هو استراتيجية شائعة في أعماق البحار: وجدت أوزبورن وفريقها نفس الأنماط المميزة للصبغة في 16 نوعًا من الأسماك ذات الصلة البعيدة.

قال أوزبورن إن اعتماد استراتيجية التصميم الفعالة هذه يمكن أن يحسن تصنيع المواد شديدة السواد، والتي تستخدم حاليًا بنية تشبه إلى حد كبير ما يوجد في الطيور والفراشات شديدة السواد. هذه المواد، المطلوبة للمعدات البصرية الحساسة، هي في الوقت الحالي حساسة للغاية ومكلفة في الإنتاج. "بدلاً من بناء نوع من الهيكل الذي يحبس الضوء، إذا كنت ستجعل الصبغة الماصة بالحجم والشكل المناسبين، يمكنك تحقيق نفس الامتصاص على الأرجح بسعر أرخص بكثير و [تجعل المادة] أقل هشاشة" قال.

تم توفير التمويل والدعم لهذا البحث من قبل مؤسسة سميثسونيان وجامعة ديوك والإدارة الوطنية للمحيطات والغلاف الجوي وزمالة الدراسات العليا في علوم وهندسة الدفاع الوطني التابعة لوزارة الدفاع.