大自然中能夠控制光線實現隱身的神奇生物
隱形的力量長久以來一直吸引著我們的想像力,從古代神話到現代關於隱身戒指和斗篷的幻想,這些都可以賦予我們這樣的天賦。
事實上,一種實現隱形的方法就是讓光直接穿過你 —— 變成透明的。這需要一個由既不散射也不吸收光線的組織所組成的身體。實際上,我們的自然界中就有很多這樣的活生生的例子。
科學家告訴我們,從表面上看,透明是完美的偽裝,玻璃蛙就是這樣的生物。這在水生物種中比較常見,因為動物組織的折射指數與周圍水域相似。
與真空相比,折射率描述的是光通過物質的速度。
由於光線從一種介質傳輸到另一種介質時,其路徑會因速度變化而發生彎曲,因此折射率越低,彎曲就越少。更少的彎曲意味著更清晰的透明度。例如,窗玻璃的折射率為1.52,水是1.33,而空氣更接近於1。
許多微生物和海洋生物都利用了透明度的優勢,可以躲在除了水什麼都沒有的地方,包括傳統的水母、海螺和許多小魚。
科學家解釋道:「空氣和組織的折射率差別很大,所以透明對陸地物種的影響不大。事實上,地球上的例子非常罕見。」
但是,世事無絕對。一些陸地上的植物和動物也進化出了至少部分的透明 —— 從昆蟲的翅膀到不起眼的多肉植物「哈沃斯(Haworth Ia Cooperi)」的葉子。
下面,我們一起來見識一下六種透明物種及其隱形策略。
1. 鏡子面具
除了眼睛和胃,玻璃魷魚幾乎是完全透明的。
生物學家解釋道:「這種生物的眼睛和內臟無法變得透明。眼睛必須吸收光線才能發揮作用,而內臟也會被裡面的東西出賣,因為即使是透明的獵物在消化過程中也會變得可見。」
但魷魚也有處理不透明部位的技巧。組成玻璃魷魚家族的60個物種中,至少有一個的眼睛利用一種叫做光致器的發光器官和反射細胞的組合來偏轉光線。它們一起創造了陽光透過水麵的錯覺。
為了盡量減少對可見消化器官的影響,魷魚沿著它的長度水平遊動時,它的位置是垂直的。它們也舉起手臂,這個姿勢會縮小它們的輪廓,以防魷魚碰巧經過一個飢餓的捕食者,被自己的影子出賣。
玻璃魷魚也可以變形成一個球體作為一種防禦機制,通過把它們的頭和胳膊拉到它們的斗篷里 —— 這個過程中看起來非常可笑。
2. 混合邊緣
玻璃青蛙的腸道也能通過透明的腹部清晰可見,但是它們並不會被食肉動物從下面觀察到。 該物種的部分透明性使它的偽裝緊貼其樹木森林家園的茂密綠色葉子,從而有助於完成其偽裝。
腹部透明,有助於兩棲動物的亮度變化,以適應它所選擇的棲息地點的光照水平。青蛙的四肢也是半透明的,模糊了它和周圍環境之間的界限,以便更好地隱藏在普通的視野中。
3.細菌斗篷
其他透明物種並沒有製造光和鏡子錯覺的能力,它們有不同的策略來隱藏它們可見的眼睛組織,比如甲殼類動物,它們的視網膜與周圍環境的顏色和亮度相匹配。這種名為Paraphronima gracilis的深海端足類動物的眼睛幾乎占其身體的50%。進化使其找到了一種方法,讓這些巨大的球體中的大多數變得透明,除了每隻眼睛中的12個微小的紅色視網膜。
這些視網膜的排列間距恰到好處,使它們從下面看起來不那麼明顯,同時最大限度地提高了它們對從上方下來的光線的敏感度。
4. 顛簸的干擾
為了抵消空氣和生物體之間的折射率變化引起的反射,一些生物進化出了具有亞顯微凹凸的組織。如果凹凸寬度小於落在其上的光的波長的一半,它們會在兩個界面折射率之間形成平均的平滑梯度,破壞表面反射光的能力。
咖啡透翅天蛾(Cephonodes hylas)在其明顯的皮膚、翅膀以及眼睛的角膜表面就使用這種隱身策略。
5. 盡量平坦
許多小魚從透明的幼體開始就在洋流中遊動,鰻魚也不例外。在它們達到成體之前,淡水鰻魚要經過一個細頭鰻幼蟲期,然後是一個玻璃鰻期。
這些飄浮的「絲帶」採取的策略是把自己的平面發揮到極致。物體越薄,就有越多的光可以不受干擾地通過。這也使得獵手很難看到它們的側面。
6. 現在你看到了,現在你看穿了
乾燥時,日本山荷葉(Diphylleia grayi)看起來就是一朵相當典型的白花。然而當雨水降臨,它們會神奇地變成飄渺精緻的花朵狀晶體。
實際上,它們的白色並非來自色素,而是當花瓣粗糙的表面和空隙共同作用來反射光線,創造出白色的錯覺時才會出現這種顏色。透明的細胞表面和突起間的空隙,它們之間的折射率差異很大,大到足以漫射和反射大量射入它們的光線,使它們呈現白色外觀。
但是,當雨水填滿細胞之間的空隙,取代了空氣,細胞和縫隙的折射率變得更接近,讓更多的光不受影響地通過,讓我們也能直接看到它們 —— 就像濕透了的白色T恤一樣。
這是否也為日本山荷葉提供了進化上的優勢呢?這是一個謎,但它們真的很美。
近些年,科學家們也從這些令人難以置信的地球生物的身上獲得了靈感,並將它們的一些透明技巧引入了我們的技術中。
生物學家利用魷魚中的蛋白質使人類細胞具有變化的不透明度,這樣我們就可以更好地了解它們內部發生的事情。工程師們正在試驗飛蛾翅膀的凹凸不平的表面方法,為設備創造抗反射的表面。
不管怎樣,大自然中的這些奇妙生命形式為我們展示出了「扭曲光線」的神奇本領,為人類研究物種進化、演變甚至是直接模仿學習這些技巧提供了絕好的幫助。
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