斑马鱼是怎么长出条纹的？研究人员离找到答案又近了一步

尽管斑马鱼比陆地上的同类小得多，也没有那么出名，但这种微小的鱼拥有一种独特的能力：当它们感到痛苦时，它们可以迅速将其特有条纹的颜色从蓝色变为黄色

与变色龙一样，斑马鱼通过结构变化来实现这种颜色转换。通过精确同时改变鳞片和皮肤上反光晶体的方向，斑马鱼可以在几秒钟内改变全身条纹的颜色

在《美国国家科学院院刊》上发表的一项新研究中，科学家们精确定位了这种颜色变化背后复杂的细胞机制。使用先进的成像技术，他们已经确定了细胞内的分子、结构和信号机制，当斑马鱼处于压力下时，这些分子、结构以及信号机制共同作用，将斑马鱼的条纹从蓝色变为黄色

Janelia高级小组组长兼4D细胞生理学研究领域负责人Jennifer Lippincott Schwartz说：“以前没有人见过这种水平的结构，也没有人展示过它们对光和颜色变化的反应。”她是这项与美国国立卫生研究院John Hammer实验室合作的新研究的高级作者。“有人提出，晶体正在以某种方式改变排列以改变颜色，但我们正在准确地展示这是如何发生的。”

新发现可以帮助科学家更好地了解其他动物颜色变化的分子机制；从变色龙到桡足类动物&mdash；利用相似的结构颜色变化来交流、调节体温和伪装

领导这项新工作的魏茨曼科学研究所研究员Dvir Gur说：“这是有道理的，因为其他系统中也存在相同的成分，所以我们认为这可能是生物体改变颜色的一种强有力的方式。我们有一些初步迹象表明，这种情况实际上正在其他生物体中发生。”生成蓝色和黄色条纹

在研究斑马鱼时，研究人员对斑马鱼的蓝色条纹在驯鱼师进入房间或在与占优势的雄性搏斗中失利时会如何消失很感兴趣

在许多动物中，当色素囊在细胞内分散和聚集时，就会发生颜色变化。但斑马鱼虹彩体的情况并非如此，这些细胞内晶体的这种运动会导致虹彩体失去基于结构的颜色。有迹象表明，这种鱼可以改变晶体的方向，以不同的角度反射光线，产生不同的颜色，但这是如何发生的尚不清楚

研究小组首先使用高分辨率成像和基于同步加速器的X射线衍射技术，仔细观察了颜色变化前后的晶体

他们发现，在铱体内部，晶体排列成一堆又长又板状的结构。颜色的变化是由这些晶体同时精确倾斜引起的。Gur将这个过程比作威尼斯百叶窗的运动，百叶窗一起倾斜以控制光线的透过量。当斑马鱼受到压力时，晶体都会以20度的角度倾斜，从而改变它们之间的间距和光线照射它们的角度。这改变了虹彩藻中晶体的光学特性，导致鱼的条纹从蓝色变为黄色

接下来，研究人员使用实时成像来了解是什么推动了这一过程。在人工诱导鱼类产生应激反应后，研究小组发现，这种倾斜是由一种名为动力蛋白的运动蛋白实现的，动力蛋白沿着细胞内的微管行走，并连接到晶体上，拉动和倾斜晶体以产生颜色变化

这一过程由一种名为环状AMP的分子调节，环状AMP是鱼类受到压力时被激活的第二信使分子。环腺苷酸同时向鱼体内的许多细胞发送信号，触发倾斜并导致所有条纹同时改变颜色

除了提供结构颜色变化的机制外，这一新发现还有助于阐明为什么一些动物会形成这些分子晶体，而人类会形成肾结石和痛风。它们还可以为利用这些自然特性的人造材料和设备的设计提供信息

“对我来说，这实际上都是关于好奇心驱动的科学：我们所做的一切都是因为我们想更好地了解大自然，”Gur说，并补充说，看到微小的生物体如何实现人类凭借其先进技术所无法实现的目标，这是很了不起的。“但是，从利用自然作为学习仿生原理的来源，到使用类似方法的光学设备，再到下一代可调谐光子晶体，最终可能会产生许多不同的有用的东西。”