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有時候，沒有僞裝才是最好的僞裝，五顔六色不如透明無色。許多生活在海裡的生物都是幾乎透明的，這使得捕食者很難發現它們。然而，全身都透明是不可能的，比如眼睛，需要對于視覺不可或缺的深色色素，這就增加了它們被發現的風險，成為水中生物的“軟肋”。
幾種甲殼類動物的幼蟲及眼睛結構。圖檔來源：Integr. Comp. Biol. [1]
當然，水中生物們也進化出了各種手段來解決這個問題，包括縮小眼睛和視網膜的尺寸。甲殼類動物，尤其是在獲得成體堅硬甲殼之前的幼蟲，是隐藏自己的大師。有研究發現，一種螳螂蝦（Neogonodactylus oerstedii）的幼蟲，甚至可以散射三個不同波長的紫外線，用來幹擾天敵的感光系統，這使其在開闊水域背景下看起來像一個影子，将“隐形”能力發揮到極緻。
甲殼類動物的“隐身”。圖檔來源：Science [2]
近日，英國劍橋大學Johannes Haataja和以色列本•古裡安大學Benjamin A. Palmer等研究者在Science 雜志發表論文，發現了甲殼類幼蟲讓眼睛隐形的新秘密——在不透明的眼睛色素上覆寫的一種可調反射體。這種反射體由光子玻璃構成，其中含有無數晶體異黃蝶呤納米球。通過改變納米球的大小和排列順序，可調節從深藍色到黃綠色的反射率，使其顔色與背景相比對，達到僞裝的效果。此外，反射體還可以通過充當感光器之間的光屏來增強眼睛的敏銳度或靈敏度，增強視力。這種多功能反射體為如何利用生物相容的有機分子建構可調人工光子材料提供了靈感。該工作被選為Science雜志當期封面。
當期封面。圖檔來源：Science
反射體不需要反射所有波長的光線，這與甲殼類幼蟲生存環境有關。很多甲殼類生物如蝦、蟹等的幼蟲具備這種“僞裝”，其中典型的代表就是羅氏沼蝦（Macrobrachium rosenbergii）的幼蟲。
蝦、蟹等甲殼類幼蟲的透明身體及反光的眼睛。圖檔來源：Science
羅氏沼蝦幼蟲的眼睛看起來是由六邊形單元構成，通過低溫掃描電子顯微鏡觀察，每個結構單元的上部包含一個蛋白質晶狀體（下圖“cc”），作用是将光引導到後邊的視網膜細胞（下圖“Ret”）和感光細胞（下圖“P”）上。不過，在感光細胞和晶狀體之間，還存在着一層反射體，由晶體異黃蝶呤納米球構成，晶體的各向異性和折射率增強了散射效率。反射層甚至會穿過感光細胞，一直延伸到下方的橫紋肌（下圖“Rh”）周圍。由于幼蟲通常在水面遊動，捕食者從下方觀察時，反射體會明顯掩蓋部分眼色素，既起到“隐形”的作用，還可以在昏暗光線環境中提高幼蟲們自身的視力靈敏度。
羅氏沼蝦幼蟲眼睛的超微結構。圖檔來源：Science
有趣的是，這些眼睛反射體的晶體納米球在某種程度上是可調的。生活在淡藍色水中的幼蟲與生活在淡綠色水中的幼蟲，反射體中的納米球大小與排列略有不同，導緻了反射波長的變化。比如納米球大小從~250 nm增加到~400 nm可以使這些幼蟲的眼睛顔色從藍色向黃綠色變化。
不同蝦類幼蟲反射細胞的反射率和結構關系。圖檔來源：Science
眼睛反射體中，晶體納米球的填充密度通常在50%~70%之間，這比我們通常認為的緊密堆積的光子晶體低得多。研究者利用分子動力學和時域有限差分法來模拟了納米球大小和填充密度與反射光譜之間的關系，與實驗資料相吻合。值得注意的是，如果采用有序的光子晶體結構作為反射層，會産生彩虹色，即顔色随着視角而變化，并不利于自身視力和僞裝。而這種晶體異黃蝶呤納米球堆積形成的光子玻璃可以産生高效的、與角度無關的顔色，同時滿足透明度和緊湊性的要求。
眼睛反射體的光學模組化。圖檔來源：Science
“這種适應性很強的眼睛結構可以幫助幼蟲在海洋中不被察覺，晚上，甲殼類動物遷移到淺水區覓食，并在太陽升起時潛回深水中”，佛羅裡達國際大學的進化生物學家 Heather Bracken-Grissom評論道，“這是一種巧妙的僞裝自己的方法” [3]。通過模仿自然界，人類或許可以開發和優化出更好的光子材料，用于太陽能、通信、遙感和其他相關技術。
A tunable reflector enabling crustaceans to see but not be seen
Keshet Shavit, Avital Wagner, Lukas Schertel, Viviana Farstey, Derya Akkaynak, Gan Zhang, Alexander Upcher, Amir Sagi, Venkata Jayasurya Yallapragada, Johannes Haataja, Benjamin A. Palmer
Science, 2023, 379, 695-700. DOI: 10.1126/science.add4099
參考文獻：
[1] T. W. Cronin, et al., Crustacean larvae-vision in the plankton. Integr. Comp. Biol. 2017, 57, 1139-1150. DOI: 10.1093/icb/icx007
[2] K. Feller & M. Porter, Photonic tinkering in the open ocean. Science 2023, 379, 643-644. DOI: 10.1126/science.adf2062
[3] Glassy eyes may help young crustaceans hide from predators in plain sight
https://www.sciencenews.org/article/glassy-eyes-young-crustaceans-predators
（本文由小希供稿）