رازی عجیب درباره پوست شگفت انگیز کوسه‌های آبی!

به گزارش مجله خبری نگار/دانشمندان کشف کرده‌اند که این نانوساختار‌ها که در داخل فلس‌های دندان‌مانند پوست یافت می‌شوند، مانند نسخه طبیعی آینه‌های لایه‌ای و فیلتر‌های نور عمل می‌کنند. علاوه‌بر این، تغییرات درفاصله این لایه‌ها که احتمالا توسط عوامل محیطی مانند فشار آب ایجاد می‌شود، می‌تواند کوسه‌ها را قادر سازد تا رنگ خود را از آبی به سبز یا طلایی تغییر دهند.

دکتر ویکتوریا کامسکا، محقق فوق دکترا در آزمایشگاه پروفسور میسون دین در دانشگاه سیتی هنگ‌کنگ، می‌گوید: «آبی یکی از نادرترین رنگ‌ها در قلمروحیوانات است و حیوانات درطول تکامل، استراتژی‌های منحصر به‌فردی را برای تولید آن توسعه داده‌اند که این فرآیند‌ها را به طور ویژه‌ای جذاب می‌کند.»

ویژگی‌های کلیدی این مکانیسم تولید رنگ در داخل حفره پالپ، کریستال‌های گوانین هستند که به عنوان بازتابنده‌های آبی عمل می‌کنند، در کنار وزیکول‌های حاوی ملانین به نام ملانوزوم‌ها که به عنوان جاذب طول موج‌های دیگر عمل می‌کنند. دکتر کامسکا توضیح داد: «این اجزا در سلول‌های جداگانه‌ای بسته‌بندی شده‌اند که یادآور کیسه‌های پر ازآینه وکیسه‌های دارای جاذب‌های سیاه هستند، اما در ارتباط نزدیک با هم نگه داشته می‌شوند تا با هم کار کنند.» در نتیجه، یک رنگدانه (ملانین) با یک ماده ساختاریافته (پلاکت‌های گوانین با ضخامت و فاصله خاص) برای افزایش اشباع رنگ همکاری می‌کند.

پروفسور دین می‌گوید: «وقتی این مواد را با هم ترکیب می‌کنید، توانایی قدرتمندی برای تولید و تغییر رنگ نیز ایجاد می‌کنید. نکته جذاب این است که می‌توانیم تغییرات کوچک در سلول‌های حاوی کریستال‌ها را مشاهده کنیم، ببینیم و مدل‌سازی کنیم که چگونه آنها بر رنگ کل ارگانیسم تاثیر می‌گذارند.»

چگونگی پژوهش

این پیشرفت آناتومیکی با استفاده ازترکیبی از تشریح در مقیاس ریز، میکروسکوپ نوری، میکروسکوپ الکترونی، طیف‌سنجی و مجموعه‌ای از تکنیک‌های تصویربرداری دیگر برای توصیف شکل، عملکرد و آرایش‌های معماری نانوساختار‌های تولیدکننده رنگ امکان‌پذیر شد. پروفسور دین می‌گوید: «ما شروع به بررسی رنگ در سطح ارگانیسم، در مقیاس متر و سانتی‌متر کردیم، اما رنگ ساختاری در مقیاس نانومتر حاصل می‌شود، بنابراین باید از طیف وسیعی از رویکرد‌های مختلف استفاده کنیم.»

شناسایی‌عوامل احتمالی نانومقیاس‌پشت رنگ‌آبی کوسه، تنهابخشی‌ازمعادله بود. دکترکامسکاوهمکارانش‌همچنین از شبیه‌سازی‌های محاسباتی برای تایید این‌که کدام پارامتر‌های معماری این نانوساختار‌ها مسئول تولید طول موج‌های خاص ظاهر طیفی مشاهده شده هستند، استفاده کردند. دکتر کامسکا می‌گوید: «دستکاری دستی ساختار‌ها در چنین مقیاس کوچکی چالش‌برانگیز است؛ بنابراین این شبیه‌سازی‌ها برای درک این‌که چه پالت رنگی در دسترس است، فوق‌العاده مفید هستند.»

یافته‌ها

این کشف همچنین نشان می‌دهد که رنگ خاص کوسه‌ها از طریق تغییرات جزئی در فواصل نسبی بین لایه‌های کریستال‌های گوانین در حفره‌های پالپ دندانه‌دار، به طور بالقوه قابل تغییر است. درحالی که فضا‌های باریک‌تر بین لایه‌ها، رنگ آبی نمادین را ایجاد می‌کنند، افزایش این فضا، رنگ را به سبز و طلایی تغییر می‌دهد.

دکتر کامسکا و تیمش نشان داده‌اند که این مکانیسم ساختاری تغییر رنگ می‌تواند توسط عوامل محیطی که بر فاصله پلاکت‌های گوانین تاثیر می‌گذارند، هدایت شود. پروفسور دین می‌گوید: «به این ترتیب، تغییرات بسیار ریز در مقیاس ناشی از چیزی به‌سادگی رطوبت یا تغییرات فشار آب، می‌تواندرنگ بدن راتغییر دهد، که سپس نحوه استتار یا سایه‌زنی حیوان در محیط طبیعی خود را شکل می‌دهد.»

برای مثال، هرچه کوسه عمیق‌تر شنا کند، پوستش تحت فشار بیشتری قرار می‌گیرد و احتمالا کریستال‌های گوانین محکم‌تر به هم فشرده می‌شوند که باید رنگ کوسه را تیره‌تر کند تا با محیط اطرافش هماهنگ‌تر شود. دکتر کامسکا می‌گوید: «گام بعدی این است که ببینیم این مکانیسم واقعا در کوسه‌هایی که در محیط طبیعی خود زندگی می‌کنند، چگونه عمل می‌کند.»

کاربرد‌های این کشف تازه

اگر چه این پژوهش بینش‌های جدید و مهمی در مورد آناتومی و تکامل کوسه ارائه می‌دهد، اما پتانسیل بالایی برای کاربرد‌های مهندسی الهام‌گرفته از محیط‌زیست نیز دارد. پروفسور دین می‌گوید: «این دندانه‌ها نه‌تنها مزایای هیدرودینامیکی و ضدرسوبی را برای کوسه‌ها فراهم می‌کنند بلکه اکنون دریافته‌ایم که آنها در تولید و شاید تغییر رنگ نیز نقش دارند. چنین طراحی ساختاری چندمنظوره (یک سطح دریایی که ویژگی‌های هیدرودینامیک پرسرعت و اپتیک استتار را با هم ترکیب می‌کند) تا آنجا که ما می‌دانیم، قبلا دیده نشده است.»

بنابراین، این کشف می‌تواند پیامد‌هایی برای بهبود پایداری زیست‌محیطی در صنعت تولید داشته باشد. دکتر کامسکا می‌گوید: «یکی از مزایای اصلی رنگ‌آمیزی ساختاری نسبت به رنگ‌آمیزی شیمیایی این است که سمیت مواد را کاهش می‌دهد و آلودگی محیط‌زیست را کم می‌کند. رنگ ساختاری ابزاری است که می‌تواند کمک زیادی کند؛ به ویژه در محیط‌های دریایی، جایی که استتار آبی پویا مفید خواهد بود.»

این کشف نه‌تنها یک راز بیولوژیکی را آشکار می‌کند بلکه به مرز جدیدی در مواد الهام‌گرفته از طبیعت با کاربرد‌هایی در طراحی پایدار و فناوری استتار اشاره دارد. نتایج این پژوهش در کنفرانس سالانه انجمن زیست‌شناسی تجربی در آنتورپ، بلژیک در تاریخ نهم ژوئیه ۲۰۲۵ (۱۸تیر) ارائه شد.

تغییر رنگ‌دهندگان طبیعت

جانداران بسیاری در طبیعت، از جانوران مانند آفتاب‌پرست‌ها و هشت‌پا‌ها گرفته تا گیاهانی مانند درختان برگ‌ریز و ونوس مگس‌خوار، توانایی تغییر رنگ را برای سازگاری با محیط یا اهداف زیستی دارند. این ویژگی در جانوران اغلب برای استتار، تنظیم دمای بدن، جلب توجه یا جفت‌یابی است. گیاهان معمولا تغییر رنگ را به اندازه جانوران به صورت سریع انجام نمی‌دهند، اما برخی از آنها توانایی تغییر رنگ یا ظاهر را در پاسخ به محیط، فصل یا عوامل زیستی مانند تنظیم دما، جذب نور یا جلب گرده‌افشان‌ها دارند. این تنوع در مکانیسم‌ها و اهداف، نشان‌دهنده شگفتی‌های تکامل در طبیعت است.

خزندگان

آفتاب‌پرست‌ها معروف‌ترین جانوران تغییر رنگ‌دهنده هستند. آنها از طریق کروماتوفور‌ها و لایه‌های کریستالی در پوست خود رنگ را تغییر می‌دهند تا با محیط هماهنگ شوند، احساسات خود را نشان دهند (مثل استرس یا جفت‌یابی) یا دمای بدن را تنظیم کنند. برخی از مارمولک‌های آنول، مانند آنول سبز، می‌توانند بین رنگ‌های سبز و قهوه‌ای تغییر کنند تا با محیط استتار کنند یا در برابر رقبا و شکارچیان خودنمایی کنند.

سرپایان

هشت‌پا‌ها توانایی تغییر رنگ و حتی الگو‌های پیچیده را دارند تا با محیط ادغام شوند یا شکارچیان را بترسانند. ماهی مرکب می‌تواند به سرعت تغییر رنگ و الگو دهد. سپیداج‌ها نیز استاد تغییر رنگ هستند و می‌توانند الگو‌های پویا و حتی نور‌های چشمک‌زن تولید کنند.

دوزیستان

قورباغه‌های درختی و سمندر‌ها می‌توانند شدت رنگ خود را بسته به محیط یا فصل تغییر دهند.

ماهی‌ها

ماهی‌های صخره‌ای می‌توانند رنگ و الگوی پوست خود را با بستر دریا هماهنگ کنند تا از شکارچیان پنهان شوند. برخی گونه‌های ماهی پارویی نیز می‌توانند رنگ خود را در مراحل مختلف زندگی یا برای جفت‌یابی تغییر دهند.

حشرات

برخی پروانه‌ها و بید‌ها می‌توانند الگو‌های رنگی را برای استتار تغییر دهند. سوسک‌های جواهری نیز از رنگ‌های متالیک و تغییر رنگ نوری برای جلب جفت یا دفع شکارچیان استفاده می‌کنند.

پرندگان

برخی پرندگان، مانند پرندگان بهشتی اگرچه تغییر رنگ سریع ندارند، اما از پر‌های براق با خاصیت تداخل نوری استفاده می‌کنند که بسته به زاویه نور، رنگ‌های متفاوتی نشان می‌دهد. این ویژگی برای جفت‌یابی و نمایش بسیار مهم است.

پستانداران

تغییر رنگ در پستانداران نادر است، اما برخی گونه‌ها مانند خرگوش قطبی یا روباه قطبی پوشش خود را با فصل تغییر می‌دهند (از سفید در زمستان به قهوه‌ای یا خاکستری در تابستان) تا با محیط استتار کنند.