这种鲨鱼能改变肤色——要归功于其皮肤中隐藏的纳米镜子

"蓝色是动物王国中最稀有的颜色之一，动物们通过进化发展出了多种独特的策略来产生它，使得这些过程特别迷人，"香港城市大学梅森·迪安（Mason Dean）教授实验室的博士后研究员维多利亚·卡姆斯卡（Viktoriia Kamska）博士说。

该团队揭示，鲨鱼颜色的秘密在于其牙齿状鳞片——称为真皮齿(dermal denticles)——的髓腔中，这些鳞片像盔甲一样覆盖着鲨鱼的皮肤。髓腔内产生颜色的关键机制是充当蓝色反射器的鸟嘌呤晶体，以及含有黑色素、能吸收其他波长的囊泡——黑色素体(melanosomes)。"这些组分被分别包装在不同的细胞内，就像装满镜子的袋子和装满黑色吸收体的袋子，但它们紧密关联在一起协同工作，"卡姆斯卡博士解释道。因此，一种色素（黑色素）与一种结构材料（具有特定厚度和间距的鸟嘌呤片层）协作，增强了色彩饱和度。

"当你将这些材料组合在一起时，也创造出产生和改变颜色的强大能力，"迪安教授说。"令人着迷的是，我们可以观察到含有晶体的细胞中的微小变化，并看到和模拟这些变化如何影响整个生物体的颜色。"

这一解剖学上的突破得益于混合使用了精细解剖、光学显微镜、电子显微镜、光谱学以及一系列其他成像技术，以表征产生颜色的纳米结构的形态、功能和建筑排列。"我们最初在生物体层面，以米和厘米的尺度观察颜色，但结构色是在纳米尺度上实现的，因此我们必须使用一系列不同的方法，"迪安教授说。

识别导致鲨鱼蓝色的纳米级"元凶"只是其中的一部分。卡姆斯卡博士和她的合作者还使用了计算模拟来确认这些纳米结构的哪些建筑参数负责产生观察到的光谱外观的特定波长。"在如此小的尺度上手动操控结构具有挑战性，因此这些模拟对于理解可用的调色板非常有用，"卡姆斯卡博士说。

该发现还揭示了鲨鱼的标志性颜色可能通过改变真皮齿髓腔内鸟嘌呤晶体层之间的距离而发生改变。当晶体层之间的间隙较窄时会产生标志性的蓝色，而增大间隙则会使颜色转变为绿色和金色。

卡姆斯卡博士和她的团队已经证明，这种颜色变化的结构机制可能受影响鸟嘌呤片层间距的环境因素驱动。"通过这种方式，由湿度或水压变化等简单因素引起的非常细微的改变，都可能改变身体颜色，进而塑造动物在其自然环境中如何伪装或进行反荫蔽(counter-shades)，"迪安教授说。

例如，鲨鱼潜得越深，其皮肤承受的压力就越大，鸟嘌呤晶体很可能被挤压得更紧密——这会使鲨鱼的颜色变深，从而更好地适应周围环境。"下一步是观察这种机制在自然环境中生活的鲨鱼身上如何真正运作，"卡姆斯卡博士说。

虽然这项研究为鲨鱼的解剖学和进化提供了重要的新见解，但它也具有巨大的仿生工程应用潜力。"这些真皮齿不仅为鲨鱼提供水动力和防污益处，我们现在还发现它们在产生甚至可能在改变颜色方面也发挥着作用，"迪安教授说。"如此多功能的结构设计——一个结合了高速水动力学和伪装光学特性的海洋表面——据我们所知，是前所未见的。"

因此，这一发现可能对改善制造业的环境可持续性产生影响。"结构着色相对于化学着色的一个主要优势是它降低了材料的毒性并减少了环境污染，"卡姆斯卡博士说。"结构色是一种非常有用的工具，尤其是在海洋环境中，动态的蓝色伪装将非常有用。"

"随着纳米制造工具的进步，这为研究结构如何导致新功能创造了一个实验场，"迪安教授说。"我们对其他鱼类如何制造颜色了解很多，但鲨鱼和鳐鱼在数亿年前就与硬骨鱼分道扬镳了——因此这代表了一条完全不同的制造颜色的进化路径。"

这项由香港大学教育资助委员会（UGC）优配研究金（GRF）资助的研究，将于2025年7月9日在比利时安特卫普举行的实验生物学会（Society for Experimental Biology）年会上发表。