Kræft sapphirinider bruger avancerede optiske teknologier til at ændre farve og falme uden syn • Elena Naimark • Videnskabsnyheder om "Elementer" • Biologi, Karcinologi, Evolution, Optik

Krebsdyr Sapphirinider bruger avanceret optisk teknologi til at ændre farve og falme uden syn.

Fig. 1. Hannerne af marine copepods sapphirinider er bemærkelsesværdigt smukke: de skinner enten i lyset eller pludselig forsvinder. Kun mænd ser sådan ud, og sapphirinidhunner er gennemskinnelige og farvede på den sædvanlige måde. Billeder fra roboastra.com

Israelske videnskabsmænd har opslugt hemmeligheden om skønhed af regnbuejorddyr sapphirinider. Disse krebsdyr glimrer med alle regnbuens farver, men kan pludselig blive usynlige. Kun mænd er udstyret med sådan udseende, det vil sige, det er resultatet af seksuel udvælgelse. Forskere har fundet ud af, at de lysbrydende og reflekterende guaninkrystaller, adskilt af lag af cellulær cytoplasma, bestemmer den lyse strålende farve. Krebsdyrets farve afhænger af tykkelsen af ​​de cytoplasmatiske lag. Og hans evne til at falme er en optisk "bedrag". Hovedpunktet er, at refleksionsspektret ved visse lysfrekvensvinkler skifter til ultravioletområdet og intensiteten af ​​det reflekterede lys falder.

Israels videnskabsmænd fra Weizmann Institute of Rehovot og Inter-University Marine Sciences i Eilat har viet deres forskning til et af de smukkeste og usædvanlige dyr – copepod sapphirinid (Sapphirinidae).Disse krebsdyr bor i nærtliggende farvande i den tropiske zone, de er helt flade, hvilket hjælper dem ikke at synke, de fodrer med gule fisk – vandmænd og salber, der lægger æg i deres krop. Men vigtigst af alt bevæger de sig og glider med alle regnbuens farver, som nu forsvinder, og dukker op igen i al deres strålende skønhed. Dette kan ses i videoen, som filmade en død krebsdyr. Levende krybdyr svømmer selvfølgelig meget hurtigere og spinder i en spiral. Men kun mænd, sapphirinidhunner af normal farve, medmindre de gennemskinnelige, kan prale af et så spændende udseende.

Undersøgelse af dette fænomen fastslog forskere for tyve år siden, at regnbuefarven er forbundet med iridophorer – celler indeholdende guaninkrystaller. Disse krystaller med perfekt sekskantet form lægges i lige stabler i cytoplasmaet af iridophorer (figur 2). Hos kvinder er der naturligvis ikke sådanne iridoforer med krystalfyldning. Men de har veludviklede øjne, og deres smukke kærester, for eksempel krebsdyr fra slægten Copilia, øjnene for det meste reduceret. Så sapphirinider er et lyst (bogstaveligt) eksempel på seksuel udvælgelse, der er i stand til at skabe ekstraordinære former.

Fig. 2. Overbygning af overfladelaget Sapphirina metallina. (A) – Under et lysmikroskop er hexagoner af guaninkrystaller tydeligt synlige. (B), (C) – guaninkrystaller og deres korrekte emballage med større forstørrelse. Iridophors (Ir) er placeret under det ydre lag af cuticle (Pc). På sidepanelet iridoforer er vist skematisk indeholdende stabler af krystaller. Figur fra den diskuterede artikel i Journal of the American Chemical Society

Men det forblev et mysterium, hvilke morfologiske strukturer giver dette bemærkelsesværdige udseende, hvilke tegn manipulerede det naturlige udvalg. Guaninske krystaller alene er ikke nok: de viste, som det viste sig, den samme struktur og tykkelse, uanset hvilken krebsdyrs art og farve. Der er klart ændret en slags overfladestruktur. Forskerne tog op om dette spørgsmål.

De fangede et planktongitter af krebsdyr af forskellige farver (og de bor også i Eilatbugten i Rødehavet): blå, rødbrun, gylden, grøn og lilla. De første fire var af typen Sapphirina metallinaog den sidste til formularen Copilia mirabilis. For hver af disse krebsdyr blev et reflektansspektrum af synligt lys opnået.Derefter blev tykkelsen af ​​stablerne af guaninkrystaller målt ved hjælp af et cryoelektronmikroskop (den kryoelektroniske metode gør det muligt at fremstille præparatet uden at deformere den naturlige form): krystallerne selv og de cytoplasmatiske lag. Dette blev efterfulgt af beregninger af refleksionsspektrene: formlerne anvendte estimater af tykkelsen af ​​guaninkrystaller og bunker som helhed såvel som det kendte brydningsindeks for guanin. (Det skal bemærkes, at klassiske optiske ligninger med polariseret lys blev anvendt i beregningerne, og derfor for dem, der søger interessante problemer i optik, vil denne undersøgelse være et godt læringseksempel.) Endelig er det fortsat at sammenligne de praktiske målinger af refleksionsspektrene med de beregnede (figur 3) .

Fig. 3. Fem krebsdyr i forskellige farver: (A)(D)Sapphirina metallina, (E)Copilia mirabilis. I den højre kolonne – bunker guaninkrystaller under krybdyret. Venstre diagram i hver række – målt reflektansspektrum af lys, højre diagram – beregnet spektrum Cy er tykkelsen af ​​cytoplasma med en fejl, Cr er tykkelsen af ​​krystallerne med en fejl, i parentes specificeret antal målinger n. Figur fra den diskuterede artikel i Journal of the American Chemical Society

Tykkelsen af ​​krystallerne viste sig at være det samme for krebsdyr af forskellige farver, medens tykkelsen af ​​de cytoplasmatiske lag lå i området fra 52 til 200 nm, fire gange at ændre tykkelsen af ​​hele det reflekterende lag. De beregnede refleksionsspektre er yderst præcise med de målte. Dette fører uundgåeligt til den konklusion, at det ikke er krystallerne selv, der giver den vidunderlige farve til krebsdyrene, men hele stakken med cytoplasmatiske lag af en vis tykkelse. Og de, som er en almindelig egenskab af en celle, kan nemt ændre sig efter behov under tilpasninger. Med andre ord blev tykkelsen af ​​cytoplasma anvendelsespunktet for udvælgelsen, det var nødvendigt at ændre kun en egenskab og ikke at justere hele komplekset af komplekse strukturer.

Langs vejen viste det sig, hvordan krebsdyr øjeblikkeligt kan forsvinde og fremstå. Det hele afhænger af lysets lysvinkel. Når indfaldsvinklen ændres, ændres refleksionsspektret også. Ved bestemte vinkler falder den maksimale refleksion i det ultraviolette område, som det menneskelige øje ikke skelner mellem (fig. 4).

Fig. 4. Til venstre – visning Copilia mirabilis ved forskellige synsvinkler. Til højre – Spektrum og intensitet af det reflekterede lys. Indfaldsvinklen ved 45 ° gør krebsdyr til et spøgelse. Figur fra den diskuterede artikel i Journal of the American Chemical Society

Og endnu mere, som følge af den dobbelte refraktion af stråler i guaninkrystaller, hvis lyset falder i en vinkel på 45 °, reduceres intensiteten af ​​det reflekterede lys som helhed. Det viser sig, at for eksempel blå Copilia mirabilis, drejer til lys ved 30 °, bliver lilla, og drejer ved 45 ° forsvinder næsten, "maler" i ultraviolet. Opfinderne af usynlighedskappen skulle tage et nærmere kig på denne vidunderlige krebsdyr.

Kilde: Dvir Gur, Ben Leshem, Maria Pierantoni, Viviana Farstey, Dan Oron, Steve Weiner og Lia Addadi. Strukturelle grundlag for Sapphirinid Copepods strålende farver // Journal of the American Chemical Society. 2015. V. 137 (26). P. 8408-8411. DOI: 10,1021 / jacs.5b05289.

Elena Naimark


Like this post? Please share to your friends:
Skriv et svar

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: