Az óceánok sötét mélyén élnek olyan halak, amelyeknek ultrafekete bőre a rá eső fény több mint 99.5 százalékát elnyeli. Trükkjüket a high-tech optika és az álcázástechnika is szeretné eltanulni.

Még erős fényben is éppen hogy csak felismerhető a kontúrjuk

Az óceán mélységeiben, ahová a nap sugarai sosem hatolnak le, a Smithsonian Intézet (Egyesült Államok) munkatársai és a velük együttműködő kutatók felfedezték az eddig ismert legsötétebb anyagok egyikét. Az itt élő halak közül némelyiknek a bőre olyan hatékonyan nyeli el a fénysugarakat,

hogy még erős megvilágításban is elmosódó árnynak tűnnek csupán.

 

Az óceánok ezer méternél nagyobb mélységeibe a felszínről  nem jut le már semmilyen természetes fényForrás: AFP/NEKTON/Ho

Az óceánmély örök sötétjében, ahol legfeljebb a többi élőlény által keltett biolumineszcencia ad némi fényt, ezek a halak lényegében láthatatlanok.

A Current Biology című folyóirat legfrissebb számában a Smithsonian által vezetett Nemzeti Természettudományi Múzeum zoológus kutatója,

Karen Osborn, valamint a Duke Egyetem biológusa, Sönke Johnsen arról számolnak be,

hogy az ultrafekete halfajok bőrének egyedülálló fényelnyelő képessége a pigmentszemcsék különleges elrendezésének köszönhető.

Az ultrafekete halak pigmentsejtjei különleges elrendeződést mutatnakForrás: Origo

E halak bőre annyira hatékonyan elnyeli a rá eső fényt, hogy annak mindössze 0.05 százaléka verődik vissza róla.

Ha sikerülne a természettől ellesnünk ezt a fortélyt, olcsóbb, rugalmasabb és tartósabb ultrafekete anyagokat tudnánk létrehozni, amelyeket az optikai technológia egyebek mellett távcsövekben és fényképezőgépekben tudna alkalmazni, és az álcázástechnika is hasznukat venné – mutatott rá Osborn.

Csak sötét pacaként látszódtak a felszínen készített felvételeken is

Osborn érdeklődése akkor fordult a halak bőre iránt, amikor megpróbált lefotózni néhány feltűnően fekete halat, amelyek a mélytengeri mintavételhez használt vonóhálóból kerültek elő.

Munkatársaival együtt azt tapasztalták, hogy hiába próbálkoztak csúcsminőségű berendezéseikkel,

a fényképeken mégsem lehetett semmilyen apróbb részletet kivenni: egy pacni látszott csupán a halakból.

A felszínen csúcstechnikával készített felvételen is csak egy elmosódó sötét pacának látszik az ultrafekete halForrás: Karen Osborn/Smithsonian

„Akárhogy állítgattuk a fényképezőgépet és a világítást, ezek a halak egyszerűen felszívták a fényt" – meséli a kutatónő.

Az alapos laboratóriumi mérések hamar kiderítették, miért volt eleve kudarcra ítélve a fotózás:

a tengermélyből felhozott fekete halak némelyikének bőre az őt érő fény több mint 99.5 százalékát elnyeli, így a fényképezőgép lencséjébe nemigen jut vissza róluk semmi.

Egy felszínre emelt ultrafekete mélytengeri halForrás: Karen Osborn/Smithsonian

Ami ennyire fekete, az nem szimplán fekete, hanem ultrafekete.

Sokkal feketébb, mint egy fekete papír, egy fekete szigetelőszalag, vagy egy vadonatúj gumiabroncs.

S mivel ott a mélyben, ahol ezek a halak élnek, olyan sötétség honol, hogy már egyetlen foton is felkeltheti a figyelmet, ez az ultrafeketeség nagyban javíthatja a túlélési esélyeket.

Az örök sötétség mélytengeri birodalma

Pár száz méterrel a vízfelszín alatt a napfény utolsó sugarai is elenyésznek, így a mélytengeri lények a saját maguk keltette fényre vannak utalva, melyet biolumineszcencia révén hoznak létre.

A mélytenger nagyon sokáig félelmetes és titokzatos világ volt az ember számáraForrás: Elter Tamás

A biolumineszcens fénykibocsátás során

az élőlény enzimei a kémiai energiát alakítják át fénnyé,

amely aztán egyaránt alkalmas lehet az ellenkező nemű pár odavonzására, a ragadozók figyelmének elterelésére, vagy éppen a préda odacsalogatására.

Egy bizarr mélytengeri hal a Mariana-árok mélységeibőlForrás: University of Washington/ Adam Summers

Az így keltett fénnyel a környezetüket és az ott lévő élőlényeket is megvilágítják,

így leleplezhetnek például egy feléjük ólálkodó ragadozót, vagy reflektorfénybe állíthatják potenciális áldozatukat.

Mindez persze csak akkor működik, ha az a másik lény visszaveri és nem elnyeli a fényt.

Az élővilág még az abisszális zónában is igen nagy diverzitást mutatForrás: Pinterest

„Ha egy élőlény bele akar olvadni a környezete végtelen feketeségébe, azt teszi legjobban, ha az utolsó szálig magába szívja a fotonokat" – magyarázza Osborn.

Különleges elrendeződést mutatnak az ultrafekete halak pigmentsejtjei

Az ultrafekete halak szinte tökéletes fényelnyelő képessége ugyanazon a fekete pigmentanyagon, a melaninon alapszik, amely a mi bőrünknek és bőrfüggelékeinknek is színt kölcsönöz, és amely megvéd minket a napfénytől.

Osborn és kollégái rájöttek, hogy a titok nyitját máshol kell keresni:

e halak bőrében nem egyszerűen csak sok a melanin, hanem egészen sajátos módon rendeződik el.

Még nagyon erős fényben is csak nehezen vehetők ki ezek a halak a koromsötét mélységbenForrás: Karen Osborn / Smithsonian Institution

A melaninnal töltött sejtszervecskék, az ún. melanoszómák nagyon sűrűn összezsúfolódnak az ultrafekete halak pigmentsejtjeiben, és a pigmentsejtek folytonos réteget képeznek egész közvetlenül a bőrük felszíne alatt.

A melanoszómák méretüknél, alakjuknál és elrendeződésüknél fogva minden fényt, amit maguk nem nyelnek el, a szomszédos melanoszómákra irányítanak, és ez így megy egészen addig, amíg a beeső fény utolsó fotonjai is eltűnnek a pigmentréteg sötét útvesztőjében.

A felszíni felvételeken sem láthatóak részletek az ultrafekete halak testén, a tökéletese fényelnyelés miattForrás: Karen Osborn / Smithsonian

Amit ezek a halak kifejlesztettek, az nem más, mint egy szuperhatékony és szupervékony fénycsapda"

– összegzi Osborn. – A fény nem verődik vissza róla és nem hatol át rajta, hanem csak belép ide és felszívódik."

Különleges fénycsapdázó biológiai szerkezetek

„A pigmenttároló struktúrák úgy töltik meg ezeket a bőrsejteket, mint a sok kis golyórágó a rágókiadó automata műanyaggömbjét. És ezek a kis golyórágók pont jó méretűek és alakúak ahhoz, hogy csapdába ejtsék az automata gömbjére hulló fényt" – él szemléletes hasonlattal Alexander Davis, a cikk társszerzője és a Duke Egyetem doktorandusza.

Az élővilágban a mélytengeri halakon kívül másutt is találunk ultrafekete felszíneket.

 

Az ultrafekete halak pigmentsejtjei különleges elrendeződést mutatnakForrás: Phys.org

Madarakon és pillangókon találtak ultrafekete tollakat, illetve pikkelyeket, amelyek a sötétségük adta kontraszttal fokozzák a szomszédos élénk színű területek ragyogását.

Ezekben az állatokban a fényelnyelő melaninréteg egyéb fénycsapdázó szerkezetekkel, így parányi csövecskékkel vagy kockákkal kombinálva éri el a kívánt hatást.

A Woods Hole Oceanográfiai Intézet mélytengeri merülőeszköze, az Alvin képes alámerülni a fénynélküli abisszális zónába, egészen 6000 méteres mélységigForrás: WHOI

A mélytengerek forrásszegény világában az ultrafekete halak egy ennél is gazdaságosabb rendszert fejlesztettek ki – emeli ki Osborn, hozzátéve: ez az egyetlen olyan ismert fénycsapda az állatvilágban, amely egyedül a pigment révén, minden előzetes fénybefogás nélkül éri el a szinte teljes fényelnyelést.

Elterjedt túlélési stratégia lehet az ultrafeketeség a mélytengeri halak között

A melanoszómákon alapuló ultrafeketeség mint stratégia igen elterjedt lehet a mélytengeri halak körében, ugyanis Osborn és csapata 16, egymással csak távoli rokonságban álló halfajnál találta meg az árulkodó pigmentelrendezést.

Tizenhat mélytengeri halfajnál fedezték fel eddig az ultrafeketeségetForrás: Karen Osborn/Smithsonian

Az ultrafekete halak különlegesen hatékony dizájnja

mintát adhat a szupersötét anyagok gyártási technológiájához,

amely pillanatnyilag inkább a madarak és pillangók körében megfigyelt kombinált stratégiát követi.

Az efféle anyagokra nagy a kereslet az érzékeny optikai eszközöket gyártó cégek körében, és a ma ismert megoldások mind igen sérülékenyek, előállításuk pedig költséges.

Valószínű, hogy nagyon sok mélytengeri halfajnál elterjedt lehet a biológiai fényelnyelés technikájaForrás: Karen Osborn/Smithsonian

„Ahelyett, hogy valamiféle fénycsapdázó mikrostruktúrát próbálnánk létrehozni a felszínen, elég lenne a fényelnyelő pigmentet a megfelelő méretben és alakban legyártani, és ugyanazt a fokú fényelnyelést el tudnánk érni jóval olcsóbban, miközben az anyag maga is sokkal strapabíróbb lenne" – vélekedik Osborn.