Новое исследование анатомии синих акул (Prionace glauca) выявило уникальную наноструктуру в их коже, которая отвечает за их характерный синий окрас. Но что ещё более интересно, эта структура может обладать потенциалом для изменения цвета.
Исследование было представлено на ежегодной конференции Общества экспериментальной биологии в Антверпене, Бельгия, 9 июля 2025 года.
«Синий — один из самых редких цветов в животном мире, и животные развили множество уникальных стратегий для его создания в процессе эволюции. Это делает эти процессы особенно увлекательными», — говорит доктор Виктория Камска, постдокторант в лаборатории профессора Мейсона Дина в Городском университете Гонконга.
Команда обнаружила, что секрет цвета акулы кроется в полостях пульпы зубоподобных чешуек, известных как дермальные дентикулы, которые покрывают кожу акулы. Ключевыми элементами этого механизма являются кристаллы гуанина, которые действуют как синие отражатели, и меланинсодержащие везикулы, называемые меланосомами, которые поглощают другие длины волн.
«Эти компоненты упакованы в отдельные клетки, напоминающие мешки с зеркалами и мешки с чёрными поглотителями, но они находятся в тесной связи, чтобы работать вместе», — объясняет доктор Камска.
В результате пигмент (меланин) взаимодействует со структурированным материалом (гуанин с пластинами определённой толщины и расстояния между ними) для усиления насыщенности цвета.
«Когда вы объединяете эти материалы вместе, вы также создаёте мощную способность производить и изменять цвет», — говорит профессор Дин. «Интересно, что мы можем наблюдать крошечные изменения в клетках, содержащих кристаллы, и моделировать, как они влияют на цвет всего организма».
Этот анатомический прорыв стал возможен благодаря сочетанию тонкой диссекции, оптической микроскопии, электронной микроскопии, спектроскопии и ряда других методов визуализации для характеристики формы, функции и архитектурного расположения наноструктур, создающих цвет.
«Мы начали изучать цвет на уровне организма, в масштабе метров и сантиметров, но структурный цвет достигается на нанометровом уровне, поэтому мы должны использовать ряд различных подходов», — говорит профессор Дин.
Выявление вероятных наномасштабных виновников синего цвета акулы было лишь частью уравнения. Доктор Камска и её коллеги также использовали компьютерное моделирование, чтобы подтвердить, какие архитектурные параметры этих наноструктур отвечают за создание определённых длин волн наблюдаемого спектрального вида.
«Сложно вручную манипулировать структурами такого малого масштаба, поэтому эти симуляции невероятно полезны для понимания доступной цветовой палитры», — говорит доктор Камска.
Открытие также показывает, что фирменный цвет акулы потенциально может меняться из-за крошечных изменений в относительном расстоянии между слоями кристаллов гуанина в полостях пульпы дентикул. В то время как более узкие промежутки между слоями создают характерный синий цвет, увеличение этого пространства смещает цвет в сторону зелёного и золотого.
Доктор Камска и её команда продемонстрировали, что этот структурный механизм изменения цвета может быть обусловлен факторами окружающей среды, которые влияют на расстояние между пластинами гуанина.
«Таким образом, очень тонкие изменения, вызванные чем-то столь простым, как изменение влажности или давления воды, могут изменить цвет тела, что, в свою очередь, влияет на маскировку или контрастность акулы в её естественной среде», — говорит профессор Дин.
Например, чем глубже акула плавает, тем большему давлению подвергается её кожа, и кристаллы гуанина, вероятно, сближаются, что затемняет цвет акулы, чтобы она лучше соответствовала своему окружению.
«Следующий шаг — увидеть, как этот механизм работает на самом деле у акул, живущих в их естественной среде», — говорит доктор Камска.
Хотя это исследование даёт важное новое представление об анатомии и эволюции акул, оно также имеет большой потенциал для применения в биоинженерии.
«Мало того, что эти дентикулы обеспечивают акулам гидродинамические и противообрастающие преимущества, но мы обнаружили, что они также играют роль в производстве и, возможно, изменении цвета», — говорит профессор Дин.
«Такой многофункциональный структурный дизайн — морская поверхность, сочетающая характеристики для высокоскоростной гидродинамики и маскирующей оптики, — насколько нам известно, ранее не наблюдался».
Таким образом, это открытие может иметь значение для повышения экологической устойчивости в обрабатывающей промышленности.
«Основным преимуществом структурной окраски перед химической является то, что она снижает токсичность материалов и уменьшает загрязнение окружающей среды», — говорит доктор Камска.
«Структурная окраска — это инструмент, который может очень помочь, особенно в морской среде, где динамический синий камуфляж был бы полезен».
«По мере совершенствования инструментов нанофабрикации это создаёт площадку для изучения того, как структуры приводят к новым функциям», — говорит профессор Дин.
«Мы многое знаем о том, как другие рыбы создают цвета, но акулы и скаты отделились от костистых рыб сотни миллионов лет назад, так что это представляет собой совершенно другой эволюционный путь создания цвета».
Предоставлено:
Общество экспериментальной биологии.