Рыбы светятся флуоресцентным красным цветом в глубоком синем море
Под водой все выглядит синим, потому что вода поглощает весь красный свет, но не синий. Это означает, что рыбы там не могут быть очень красочными. Однако некоторые рыбы делают невозможное - несмотря на то, что весь свет синий, они ярко-красные! У этих рыб особые флуоресцентные краски, которые поглощают синий свет и отражают красный. Но почему? Мы обнаружили три интересные причины, по которым рыбы имеют красный цвет. Некоторые из них используют красный флуоресцентный цвет в качестве камуфляжа, чтобы подкрасться к еде. Другие рыбы используют его как ярко-красный фонарик, чтобы лучше видеть пищу. Некоторые рыбы демонстрируют своим потенциальным товарищам флуоресцентные красные плавники. Надеюсь, что рассказ о том, как красивы эти рыбы, вдохновит вас на то, чтобы помочь защитить этих невероятных рыб и их океан.
Почему океан голубой?
Вы когда-нибудь задумывались, почему вода в чашке выглядит прозрачной, а вода в океане - голубой? Океан выглядит голубым, потому что в нем очень много воды. Белый свет от солнца на самом деле представляет собой смесь красного, зеленого и синего света; вы можете наблюдать это каждый раз, когда видите радугу. Когда солнечный свет проходит через воду, красная часть света поглощается молекулами воды, а синяя - нет. Это поглощение красного света молекулами воды похоже на то, как молекулы пигмента в голубой рубашке поглощают красный и зеленый свет и отражают, или отражают обратно, синий свет, чтобы вы могли его видеть. Таким образом, когда вы находитесь на большой глубине, например в океане, в ваши глаза попадает только синий свет, отражающийся от воды [ 1 ].
Но как это выглядит под водой? Происходит то же самое. У самой поверхности воды, например, если вы плаваете с маской и трубкой у тропического кораллового рифа, вы можете увидеть множество цветов. Белому свету не нужно проходить через большое количество воды у поверхности, а значит, красный цвет не полностью поглощается мелководьем. Если вы возьмете с собой в плавание красное яблоко, оно все равно будет выглядеть красным в нескольких футах под поверхностью, потому что все еще может отражать красный свет обратно в ваши глаза (рис. 1A).
Но что происходит, если вы погружаетесь с аквалангом? По мере того как вы погружаетесь все глубже и глубже, цвета начинают исчезать, поскольку они поглощаются всеми молекулами воды, находящимися между вами и солнцем. Сначала вы не видите красного цвета, затем исчезают оранжевый и желтый, а если вы погружаетесь очень глубоко, то исчезает и зеленый. Когда вы окажетесь на глубине 60 футов под волнами, все будет выглядеть голубым. Ваше яблоко теперь выглядит как серовато-голубое - фу (рис. 1В)! Это все еще красное яблоко, но здесь, внизу, нет красного света, который отражался бы от ваших глаз. Красная рыба тоже выглядит серовато-голубой...
...если только рыба не просто красная, а флуоресцентно-красная!
Как красная рыба может быть красной в глубоком синем море?
Флуоресцентные рыбы кажутся почти волшебными. В глубине рифа нет красного света, а значит, большинство обычных рыб могут выглядеть только синими или черноватыми. Но флуоресцентные красные рыбы светятся ярко-красным цветом на фоне глубокого синего моря. Это волшебство... или наука?
Вы угадали - наука! Флуоресцентные цвета очень необычны. Вы могли видеть флуоресценцию раньше, если когда-нибудь видели плакат с черным светом или краску, освещенную черным светом. Флуоресцентные цвета кажутся светящимися, потому что они поглощают свет одного цвета, а затем излучают другой. Это происходит благодаря тому, что молекулы пигмента (цвета) выделяют энергию из поглощенного ими света. Когда молекула пигмента поглощает световую энергию, она обычно медленно выделяет ее в виде тепла. Вместо этого флуоресцентная молекула высвобождает часть энергии поглощенного света в виде нового света, который имеет более низкую энергию, чем поглощенный свет. Обычные пигменты не могут этого делать - они могут только отражать цвета света, которые уже существуют в их среде. Именно поэтому флуоресцентные цвета выглядят удивительно и немного невероятно.
Помните, как все кажется голубым, когда вы находитесь на глубине 60 футов под водой? Подобно живым плакатам с черным светом, флуоресцентные рыбы поглощают этот синий свет, а затем излучают красный. Рыбы, обитающие в более глубоких и голубых водах, обладают еще более яркой красной флуоресценцией [ 2 ]. С 2008 года морские биологи обнаружили сотни флуоресцентных океанических рыб [ 3, 4 ]. Но до сих пор мы мало что знали о том, почему эти рыбы флуоресцируют. В новом исследовании мы рассмотрели, какие преимущества может дать рыбам красный флуоресцентный цвет.
Почему рыбы флуоресцируют?
Существует множество причин, по которым животные имеют определенный цвет. У нас было несколько идей о том, почему некоторые виды рыб могут иметь красный флуоресцентный окрас, в том числе три гипотезы:
- Гипотеза 1: Камуфляж? Во-первых, рыбы могут использовать красную флуоресценцию, чтобы сливаться с красным флуоресцентным фоном, или камуфлироваться. Некоторые виды морских водорослей, на которых сидят рыбы, светятся красным флуоресцентным светом. Подобно охотнику на оленей, надевающему камуфляжный плащ, мы ожидали, что рыбы, которые любят сидеть и ждать свою добычу (животных, которых они едят), оставаясь незамеченными, скорее всего, будут иметь пестрый или разрозненный рисунок флуоресценции, похожий на фон водорослей.
- Гипотеза 2: Красные глаза-фонарики? Во-вторых, рыбы с флуоресцентными глазами могут использовать свои глаза как маленькие красные фонарики, чтобы светить на свою добычу. У некоторых крошечных хищных животных глаза очень блестящие. Красный фонарик в синей среде заставит глаза добычи выделяться! Мы ожидали, что у рыб, которые едят эту крошечную добычу с блестящими глазами, флуоресцентные глаза будут более заметны, чем у других рыб, которые едят другую добычу.
- Гипотеза 3: Демонстрация? В-третьих, рыбы могут использовать яркие флуоресцентные красные плавники, чтобы покрасоваться перед своими потенциальными товарищами. Многие рыбы шествуют вокруг с разноцветными плавниками, размахивая ими, как флагами, которые говорят "обратите внимание на меня!". Являются ли блестящие флуоресцентные красные плавники отличным способом привлечь к себе внимание на фоне синего моря? Если это так, то виды рыб, у которых можно легко отличить самку (девочку) от самца (мальчика), скорее всего, будут иметь флуоресцентные плавники.
Как мы изучали флуоресценцию у рыб?
Чтобы выяснить, используют ли рыбы флуоресценцию для маскировки, красных фонариков или демонстрации, мы искали красную флуоресценцию у 665 различных видов рыб. Затем мы сфотографировали флуоресцирующих рыб с помощью синего света, как если бы они находились под водой. Это позволило легко увидеть флуоресцентный красный цвет и сказать, есть ли у каждой рыбы флуоресцентные глаза, пятнистая "камуфляжная" флуоресценция или флуоресцентные плавники (рис. 2). Другой человек, который не знал, какие рыбы флуоресцируют, заглянул в книги, чтобы узнать больше об экологии этих рыб. Экология - это то, как животные взаимодействуют с окружающей средой и друг с другом. Мы выяснили, является ли каждая рыба сидящим и ждущим на дне хищником или свободно плавающим хищником, питается ли она крошечной добычей с блестящими глазами или имеет узоры, позволяющие различать самцов и самок.
Что мы обнаружили?
Мы обнаружили, что 272 из 665 изученных нами рыб имеют красный флуоресцентный цвет, а это значит, что на самом деле существует огромное количество флуоресцентных рыб, о которых ученые не знали. Это важно, поскольку означает, что такая окраска рыб не является редкой. Мы обнаружили, что многие рыбы используют флуоресценцию, чтобы быть красными в глубоких частях океана. Без использования флуоресцентных красок красный цвет был бы невозможен ниже 60 футов под водой. Это недавно открытый тип окраски, который важно понять другим ученым, если они хотят узнать, как рыбы взаимодействуют друг с другом и с окружающей средой.
Гипотеза 1: Камуфляж? Мы увидели пеструю флуоресценцию, которая может использоваться для камуфляжа, только у нескольких видов рыб, которые плавают в воде, чтобы поймать добычу. Напротив, более 70 % рыб, которые сидят и ждут на дне океана, чтобы поймать ничего не подозревающую добычу, имеют пестрый камуфляжный рисунок флуоресценции, что подтверждает гипотезу 1 (рис. 3А). Рыбы с красным флуоресцентным камуфляжем часто сидят на флуоресцентных объектах, таких как кораллы, губки и водоросли. Сидя на пятнистом красном флуоресцентном фоне, эти рыбы используют свою флуоресценцию, чтобы слиться с ним и спрятаться от своей добычи. Затем они просто ждут, пока их добыча приблизится, и пожирают ее!
Гипотеза 2: Красные глаза-фонарики? Около 75 % рыб, питающихся крошечной добычей с блестящими глазами, имеют красные флуоресцентные глаза, что подтверждает гипотезу 2. Менее 50 % рыб, питающихся добычей без глаз, имеют красные флуоресцентные глаза (рис. 3B). Это означает, что красные флуоресцентные глаза, вероятно, действительно используются в качестве фонариков! Красные флуоресцентные рыбы подсвечивают блестящие глаза своей жертвы, так что они видят, как глаза жертвы светятся красным на синем фоне.
Очень крутая рыба под названием рыба-фонарик делает практически то же самое, но с биолюминесценцией. У рыб-фонариков под глазами есть мешочки, которые биолюминесцируют или производят свой собственный свет с помощью химических реакций. Это работает так же, как светлячки, которых вы, возможно, ловили летом на заднем дворе. Рыбы-фонарики могут светиться, чтобы общаться ночью.
Почему красные флуоресцентные рыбы важны?
Я думаю, это очень здорово, что рыбы могут иметь цвета, которые, на первый взгляд, невозможно создать. Они могут быть красными, даже если там, где они живут, весь свет синий. Для таких морских биологов, как я, это удивительно. Я надеюсь, что, узнав немного больше о том, как красивы эти рыбы и почему они обладают такой невероятной красной флуоресценцией, дети, их родители и учителя полюбят океан еще больше. Пожалуйста, присоединяйтесь ко мне и другим морским биологам в нашей работе по сохранению этой экосистемы и всех ее разнообразных организмов. Кроме того, никогда не знаешь, какие открытия в итоге пригодятся людям. Флуоресцентные пигменты из медуз в настоящее время используются для визуализации различных частей клеток, диагностики заболеваний и даже для изготовления некоторых телевизионных экранов. Возможно, флуоресцентные пигменты рыб когда-нибудь пригодятся в медицине и других областях.
