2025年第十二期 动物的“光学隐身术”

在中美洲，有一种蝴蝶备受人们的关注，它们的翅膀大部分是透明的。美国加州大学伯克利分校的生物学家亚伦·波梅兰茨在秘鲁工作时，对这种蝴蝶非常着迷。他认为，它们在雨林中滑翔时非常有趣，透明的翅膀几乎与背景融为一体，像精巧又不易被发现的喷气机，因此这种蝴蝶被命名为“玻璃翅蝶”。

为了弄清玻璃翅蝶翅膀透明的奥秘，波梅兰茨的研究团队使用功能强大的显微镜观察了这种蝴蝶的翅膀。他们发现，在翅膀的外膜上，不论是透明的区域还是不透明的区域，都覆盖着一些稀疏的、细长的鳞片，这看起来并没有什么特别。因为任何蝴蝶的翅膀上都有鳞片，这样可以防止翅膀被雨水打湿后粘在一起。显然，玻璃翅蝶翅膀透明的奥秘并不在此。

然而，研究团队通过更细致的观察发现，玻璃翅蝶的翅膀上透明区和不透明区的鳞片是不同的。在不透明区的翅膀边缘密密麻麻地覆盖着扁平又重叠的叶状鳞片，而在透明区，鳞片不仅稀疏，而且显得凹凸不平。

科学家指出，玻璃翅蝶的翅膀要达到透明，就得尽量减少光线的散射或反射。玻璃翅蝶的翼膜本身其实就有这样的功能，它的质地限制了透明区的一部分眩光。然而，如果翼膜表面全是平的，光线就会从表面反射出去，从而降低透明度。所以，透明区的翼膜是凹凸不平的，并且覆盖着一层蜡。在光学上，这层蜡的存在使空气和翅膀之间有了一个渐进的转变，从而柔化了刺眼的光线，让更多的光得以通过翅膀，而不是被反射出去。如果把这层蜡剥掉，那么透明度就会差很多了。

研究表明，玻璃翅蝶翅膀的透明部分只反射约 2%的入射光，而去除蜡层后，反射的光线便会是正常情况下的大约2.5倍。波梅兰茨指出，这个发现不仅有助于生物学家更好地了解这些蝴蝶如何利用透明性来躲避捕食者，更为科学家研制性能更优越的照相机镜头、太阳能电池板等设备提供了新思路，因为这些部件和设备都需要更有效的抗反射涂层来提升光学效率。

能让自身变得通透并不仅仅是玻璃翅蝶的隐身秘诀，另一种同样小巧的生灵——玻璃蛙也拥有此项绝技。然而，玻璃蛙的隐身秘诀与玻璃翅蝶有着本质区别。

在南美洲，科学家新近注意到了这种体形很小的青蛙。它们晚上很活跃，白天则常常进入睡眠状态。重要的是，当这种小动物进入睡眠状态时，它们的身体会变得近乎透明，从而实现隐身。原来，它们会在睡觉时将血液中的红细胞隐藏进肝脏，从而使身体变得透明。凭借这种方式，玻璃蛙能完美地隐藏自己，像影子一样躲藏在树叶之下，从而大大降低了被天敌发现的概率。

为了弄清这个奥秘，美国杜克大学的生物学家卡洛斯·塔博阿达和美国自然历史博物馆的生物学家杰西·迪利亚领衔的研究团队，决定对玻璃蛙隐藏血液中彩色部分的绝技一探究竟。

然而要看清红细胞在活青蛙体内的活动是很困难的，因为显微镜无法穿透覆盖在肝脏表面的皮肤和肌肉组织，看清其内部构造。为了解决这个难题，塔博阿达和迪利亚利用了一项名为“光声成像”的技术，揭示了玻璃蛙隐身的秘密。

其原理是，当光线照射到不同的分子上时，分子会发生微妙的振动，这样的振动会将物质内部的结构显现出来，再经过计算机处理，就能重建出组织内部的清晰图像。

原来，当玻璃蛙休眠时，体内90%的红细胞会停止循环，集中储存在肝脏里。于是，青蛙变得透明了。迪利亚指出，这项新发现的血液隐藏技巧的高超之处在于：青蛙可以将几乎所有的红细胞聚集在一起几个小时，而不会形成血栓。

通常情况下，当血液凝结在一起时，会形成血栓。而血栓如果阻塞了关键血管，后果可能会危及生命。但当玻璃蛙从休眠中醒来时，它的红细胞却会神奇地重新分散并恢复循环，既不会粘连，也不会形成致命的血块。玻璃蛙究竟是如何做到这一点的？这正是研究人员下一步计划深入探索的课题。科学家相信，有朝一日破解玻璃蛙的隐身术，有望帮助医生解决人类血管阻塞等医学难题。

玻璃翅蝶和玻璃蛙的隐身秘诀是使自己的身体变得透明。然而在阳光难以抵达的深海，一些鱼儿却反其道而行之，它们的隐身术是让自己变得黢黑，从而隐身在深海黑暗的环境中。对此，美国国家自然历史博物馆的海洋生物学家凯伦·奥斯本指出，这种超黑鱼的表皮之下存在一层密集的黑色素结构，能够帮助它们在深海中隐身。

其实，在深海环境中阳光很难照射进去，但许多生物却能自行发光，从而在黑暗中照亮部分区域。想象一下：如果在这样漆黑的环境中突然出现一个“光源生物”，对于需要隐藏的动物来说，就好似在空旷的足球场上玩捉迷藏游戏一样——暴露在灯光下的那一刻，几乎无处可藏。

奥斯本的研究团队想进一步揭示这些鱼的隐形奥秘。为此，他们捕获了18种超黑鱼，这些鱼大多生活在约2000米深的海底，其中一部分来自美国加利福尼亚的蒙特利湾，另一些则来自墨西哥湾。研究人员测量了这些鱼体表的反射率，并用电子显微镜研究了其中9种鱼的皮肤微观结构。

科学家发现，与普通黑鱼不同的是，超黑鱼的表皮中有一层紧密堆积的、富含色素的结构，被称为“黑素体”。这些黑素体存在于表皮之下的膜层中，是一种紧密排列的圆形结构，其大小、形状和排列方式均有利于捕获尽可能多的入射光线。科学家认为，这些黑素体可以吸收高达99.95%的入射光，尤其擅长吸收与深海环境中存在的微弱阳光或生物光相似的光，这正是超黑鱼能够在深海中完美隐形的秘诀。相比之下，其他深色鱼类的黑素体之间往往存在无色素的间隙，这些间隙导致更多的光被反射回去，使得这些鱼更容易暴露行踪。

科学家希望通过研究超黑鱼的隐身技巧可以启发人们研制性能优良的超黑材料。这种材料可广泛运用于望远镜制造和纺织品生产。奥斯本认为，如果工程师能模仿超黑鱼的隐身手段，那么可能会让生产超黑材料变得更为容易。

文 |  张唯诚

来源 | 《科学24小时》2025年第12期

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