На глубине, куда почти не добирается солнечный свет, чёрная окраска кажется очевидным выбором. Но обычная чёрная поверхность всё равно отражает немного света. Для рыбы, окружённой темнотой и чужими светящимися приманками, этого может хватить, чтобы выдать себя. Некоторые обитатели океана решили проблему с почти неправдоподобной эффективностью: их кожа поглощает более 99,5% падающего на неё света. Секрет скрывается в устройстве микроскопических упаковок пигмента.
Темнота, в которой постоянно кто-то светится
Представить глубокий океан как совершенно тёмную комнату удобно, но неточно. Его жители сами создают свет: привлекают партнёров, заманивают добычу, отвлекают преследователей. Биолюминесценция превращает окружающую воду в пространство редких, но очень важных сигналов. Для животного поблизости чужая вспышка означает риск: освещённый бок может оказаться заметнее, чем хотелось бы.1
Здесь особенно важна разница между цветом и отражением. Чёрный свитер выглядит чёрным, однако мы легко различаем его складки. Значит, от поверхности до наших глаз всё-таки доходит свет. Если требуется скрыть и общий контур, и изгиб тела, просто тёмной окраски может оказаться недостаточно. Чем меньше света возвращается наблюдателю, тем труднее выделить объект на фоне.
Глубоководные драконовые рыбы хорошо показывают, зачем нужна такая осторожность. Многие поджидают рыб и ракообразных, а некоторые подвешивают под подбородком светящуюся приманку. Когда добыча подплывает, раскрываются большие челюсти. Тёмное тело позволяет хищнику оставаться незаметным рядом с собственным источником света. В заливе Монтерей исследователи MBARI регулярно встречают тихоокеанского чёрного дракона Idiacanthus antrostomus и длинноплавниковую рыбу-дракона Tactostoma macropus.2
Открытие началось с неудачных фотографий
Зоолог Смитсоновского института Карен Осборн привыкла фотографировать морских животных. Однако некоторые глубоководные рыбы упрямо получались плоскими тёмными силуэтами. Освещение не помогало проявить детали привычным способом. Этот фотографический тупик оказался научной подсказкой: дело было в самой коже.3
Под микроскопом обнаружилось необычное устройство пигментного слоя. Его содержимое знакомо гораздо лучше, чем может показаться: меланин присутствует и в человеческой коже. У рыб он заключён в меланосомы, маленькие внутриклеточные структуры. У сверхчёрных видов эти структуры плотно заполняют практически непрерывный слой близко к поверхности кожи.1
На словах это похоже на густую краску. Но принцип тоньше. Меланосомы одновременно поглощают свет и перенаправляют ту его часть, которая не поглотилась сразу. Благодаря подходящим размерам, форме и тесному соседству свет получает дополнительные возможности встретиться с пигментом, прежде чем выйдет обратно. Поэтому важен не только состав вещества, но и то, как именно оно уложено.1
Что означает «сверхчёрная»
В исследовании, опубликованном в Current Biology в 2020 году, измерили отражение кожи 18 видов рыб. У 16 видов оно оказалось ниже 0,5% при длине волны 480 нанометров, близкой к характерному синему свету океанической биолюминесценции. Для 14 видов порог выполнялся также в среднем по исследованному видимому диапазону. Это важное уточнение: результат зависит от того, какой свет измеряют.4
Самый низкий показатель в этой выборке принадлежал удильщику рода Oneirodes: 0,044% при 480 нанометрах. Если условно направить на такую поверхность миллион одинаковых порций света, отражёнными окажутся примерно 440. У поверхности с отражением 0,5% получилось бы уже 5000. Обе цифры малы, но разница превышает порядок величины. Это арифметическая иллюстрация измерений, а не отдельный эксперимент с подсчётом фотонов.
Исследователи также смоделировали, как отражательная способность влияет на обнаружение. По расчёту, снижение отражения с 2% до 0,05% уменьшает дистанцию, с которой хищник замечает рыбу, примерно на 84%. Речь о результате модели при заданных условиях, а не об универсальной дальности зрения всех морских охотников.4
Приманка должна светиться, хозяин должен исчезнуть
Удильщик Oneirodes превращает эту физику в способ добывать еду. Светящаяся приманка привлекает потенциальную жертву, тогда как почти не отражающее свет тело скрывает расположенную рядом пасть. Приманка может быть заметной, а её владелец остаётся гораздо менее заметным. Здесь свет и темнота работают совместно.5
В 2023 году аппарат MBARI Ventana снял такого удильщика в каньоне Монтерей на глубине 781 метр. Исследователи занимались другими организмами, когда встретили рыбу с выставленной приманкой. По мере приближения аппарата она убрала её. Эта сцена напоминает, что необычные свойства тканей принадлежат живому животному, которое меняет поведение в ответ на происходящее.5
В сообщении об этой встрече MBARI отмечал, что за 36 лет исследования океана его аппараты наблюдали представителей Oneirodes лишь девять раз. Это не позволяет вычислить численность рыб: вероятность встречи зависит от глубины, маршрутов, поведения и заметности. Зато хорошо объясняет, почему отдельные качественные наблюдения так ценны.5
Как изучить рыбу, которая избегает встречи
Работа начинается задолго до микроскопа. В экспедиционном дневнике MBARI 2018 года участники проекта описывали трудность: рыбы достаточно быстро плавают, чтобы уходить от подводного аппарата. Для сбора образцов использовали траление, проводя сеть через толщу воды. Даже сравнительно небольшая научная сеть требовала лебёдки и совместной работы команды.6
В уловах с глубин примерно от 600 до 1000 метров чёрные рыбы попадались вместе с ракообразными, головоногими моллюсками и множеством других животных. Исследователи могли выбрать глубину, где ожидали нужные виды, но состав очередного улова оставался неизвестным до подъёма сети. За эффектной фотографией поэтому стоит целая цепочка действий: найти животное, получить подходящий образец, сохранить кожу и только затем измерять её свойства.6
Почему инженеры тоже смотрят на эту кожу
Сверхчёрные покрытия полезны там, где лишнее отражение мешает измерению, например внутри оптических приборов. Рыбья кожа интересна относительно простой организацией поглощающих частиц: исследователи рассматривают её как источник идей для новых материалов. Перенести биологический принцип в производство ещё нужно научиться; сама рыба не является готовым рецептом промышленного покрытия.1
И абсолютной невидимости здесь тоже нет. Фотографии рыб существуют, а аппараты иногда встречают их в естественной среде. Камуфляж уменьшает возвращающийся свет и затрудняет обнаружение при определённых условиях. Смысл адаптации вполне практический: дать потенциальному противнику меньше информации и меньше времени на реакцию.
В привычной среде мы замечаем броские цвета и сложные узоры. В глубоководной темноте выдающимся достижением становится поверхность, от которой почти ничего не возвращается. Рыба выигрывает благодаря тому, как мало удаётся увидеть.
Источники
- Smithsonian Institution. Scientists Discover How Deep-Sea, Ultra-Black Fish Disappear, 2020.
- MBARI. Dragonfish.
- Smithsonian Ocean. Scientists Find First Ultra-Black Color in Deep-Sea Fishes, 2020.
- Davis A. L. et al. Ultra-black Camouflage in Deep-Sea Fishes. Current Biology, 2020.
- MBARI. Fresh from the Deep: elusive dreamer anglerfish in 4K, 2023.
- MBARI. Bioinspiration 2018 Expedition — Log 4.
