1
وقتی صحبت از ترکیب شدن با محیط اطراف می‌شود، طبیعت استادان زیادی در این زمینه دارد. از تغییر رنگ آفتاب‌پرست گرفته تا تغییر پوشش فصلی خرگوش قطبی، استتار یکی از ابزارهای حیاتی برای بقا در حیات وحش است. اما یکی از شگفت‌انگیزترین استادان استتار شاید اولین گزینه‌ای نباشد که به ذهن خطور می‌کند – ماهی مرکب.
ماهی‌های مرکب، همراه با بستگان سفالوپود (نرم‌تنان سرپایی) خود مانند اختاپوس‌ها و سپیداج‌ها، توانایی خارق‌العاده‌ای در تغییر رنگ پوست خود تقریباً به‌صورت آنی دارند. این ویژگی منحصربهفرد باعث شده آن‌ها برای میلیون‌ها سال، از زمان دایناسورها، بتوانند از دست شکارچیان بگریزند و به‌طور مؤثر شکار کنند.
بااین‌حال، علیرغم قدمت طولانی این ویژگی در روند تکامل، مکانیسم‌های دقیق پشت این توانایی همچنان تا حد زیادی یک راز باقی مانده است.
جزئیات جدید درباره استتار ماهی مرکب
لیلا دراوی، دانشیار شیمی و زیست‌شناسی شیمیایی در دانشگاه نورث‌ایسترن، در تلاش است تا این راز را فاش کند. مطالعه جدید او بینش‌های تازه‌ای درباره نحوه عملکرد استتار ماهی مرکب ارائه می‌دهد.
تحقیقات او نشان می‌دهد که ماهی‌های مرکب دارای اندام‌های ویژه‌ای هستند که عملکردی مشابه سلول‌های خورشیدی دارند و انرژی لازم برای تغییرات شگفت‌انگیز پوست آن‌ها را تأمین می‌کنند.
این یافته‌ها نه‌تنها درک ما از این موجودات خارق‌العاده را گسترش می‌دهد، بلکه می‌تواند توسعه مواد و فناوری‌های جدیدی را برای استفاده انسان تحت تأثیر قرار دهد.
علم استتار ماهی مرکب
دراوی سال‌ها است که به مطالعه سفالوپودها مشغول است و توانایی‌های زیستی منحصربهفرد آن‌ها را بررسی می‌کند. گروه تحقیقاتی او در دانشگاه نورث‌ایسترن، با تمرکز بر طراحی مواد زیستی، به بررسی مکانیسم‌های استتار ماهی مرکب می‌پردازد تا این فرآیندهای طبیعی را در مواد نوآورانه به کار بگیرد.
اخیراً، تیم تحقیقاتی او روی کروماتوفورها تمرکز کرده است – ساختارهای رنگدانه‌ای ویژه‌ای که مسئول تغییر رنگ ماهی مرکب هستند. این مطالعه منجر به کشفی انقلابی شد.
کروماتوفورها اندام‌های کوچک حاوی رنگدانه هستند که در پوست ماهی مرکب قرار دارند. این ساختارها توسط فیبرهای عضلانی احاطه شده‌اند که تحت کنترل نورون‌ها قرار دارند و به حیوان اجازه می‌دهند کیسه‌های رنگدانه را متناسب با محیط اطراف باز و بسته کند.
این کروماتوفورها در کنار نوع دیگری از سلول‌های پوستی به نام ایریدوفورها فعالیت می‌کنند. درحالی‌که کروماتوفورها حاوی رنگدانه‌های قرمز، زرد و قهوه‌ای هستند، ایریدوفورها نور را بازتاب داده و رنگ‌های آبی و سبز تولید می‌کنند. این همکاری به ماهی مرکب این امکان را می‌دهد که در کمتر از یک ثانیه، طیف وسیعی از رنگ‌ها را ایجاد کند.
دراوی دراین‌باره می‌گوید:
“این‌که چیزی بتواند رنگ‌های اطرافش را حس کند و در چند صد میلی‌ثانیه آن‌ها را بازتوزیع کند، واقعاً شگفت‌انگیز است. این کار به‌ویژه در یک سیستم زنده که درون آب قرار دارد، اصلاً آسان نیست.”
دانشمندان مدت‌ها بر این باور بودند که کروماتوفورها مانند پیکسل‌های یک نمایشگر دیجیتال عمل می‌کنند و فقط رنگ‌ها را بازتاب می‌دهند. اما جدیدترین تحقیقات دراوی نشان می‌دهد که این ساختارها فراتر از صرفاً رنگدانه هستند – آن‌ها درواقع نور را حس کرده و از آن انرژی تولید می‌کنند.
سلول‌های خورشیدی ارگانیک در ماهی مرکب
مطالعه دراوی نشان می‌دهد که کروماتوفورها مانند مبدل‌های نوری-انرژی عمل می‌کنند، درست مانند سلول‌های خورشیدی. این توانایی به ماهی مرکب اجازه می‌دهد نور محیط را دریافت و آن را به انرژی تبدیل کند که در فرآیند استتار به کار می‌رود.
او توضیح می‌دهد:
“این سلول‌ها می‌توانند نور محیط را دریافت کرده، آن را به انرژی تبدیل کرده و سپس از این انرژی برای توزیع استتار استفاده کنند.”
برای آزمایش این نظریه، تیم تحقیقاتی او یک سلول خورشیدی مبتنی بر ماهی مرکب ساختند. آن‌ها با استفاده از شیشه رسانا، نیمه‌رساناها، الکترولیت‌ها و نانوذرات رنگدانه‌ای استخراج‌شده از کروماتوفورها، یک مدار ساختند که قادر به واکنش به نور بود.
سپس، با قرار دادن این مدار در معرض نور شبیه‌سازی‌شده خورشید، میزان تولید انرژی را اندازه‌گیری کردند تا مشخص شود آیا کروماتوفورها واقعاً قادر به تولید جریان الکتریکی هستند یا نه.
دراوی می‌گوید:
“ما دریافتیم که هرچه مقدار بیشتری از دانه‌های رنگدانه را در سیستم قرار دهیم، پاسخ فوتوالکتریکی بیشتری ایجاد می‌شود.”
“این یک نشانه مستقیم است که بخش‌های کروماتوفور واقعاً نور خورشید شبیه‌سازی‌شده را به ولتاژ تبدیل می‌کنند، که می‌تواند مدار را کامل کرده و حتی به‌عنوان منبع انرژی برای حیوان استفاده شود.”
این اولین بار است که دانشمندان به‌طور مستقیم عملکرد تولید انرژی در کروماتوفورهای یک سفالوپود را تأیید کرده‌اند.
اسرار استتار ماهی مرکب
درک نحوه استتار دینامیکی سفالوپودها می‌تواند کاربردهای گسترده‌ای فراتر از زیست‌شناسی دریایی داشته باشد.
آزمایشگاه دراوی از هم‌اکنون برخی از این یافته‌ها را به کاربردهای عملی تبدیل کرده است، از جمله توسعه حسگرهای پوشیدنی فرابنفش برای کمک به پیشگیری از سرطان پوست. شرکت نوپای او، Seaspire، همچنین در حال بررسی این است که چگونه این یافته‌ها می‌توانند به تولید کرم‌های ضدآفتاب دوستدار محیط زیست و مؤثرتر کمک کنند.
علاوه بر این، توانایی ماهی مرکب در توزیع رنگ با حداقل مصرف انرژی می‌تواند الهام‌بخش پیشرفت‌هایی در فناوری‌های پوشیدنی باشد.
امروزه دستگاه‌های پوشیدنی باید بین اندازه، وزن و مصرف انرژی تعادل برقرار کنند. بررسی چگونگی استفاده ماهی مرکب از سلول‌های خورشیدی طبیعی خود ممکن است سرنخ‌هایی برای طراحی مواد تعاملی با بازده انرژی بالاتر ارائه دهد.
دراوی دراین‌باره می‌گوید:
“ماهی مرکب ممکن است کلید توسعه یک ‘پوست دیجیتال زنده’ واقعی باشد.”
او آینده‌ای را تصور می‌کند که در آن فناوری پوشیدنی، انعطاف‌پذیری پوست ماهی مرکب را تقلید کرده و بدون نیاز به باتری‌های حجیم یا مدارهای پیچیده، به تغییرات محیطی واکنش نشان دهد.
“اگر درباره فناوری‌های کاملاً پوشیدنی فکر کنید، باید به این فکر کنید که چگونه می‌توان آن را از نظر انرژی کارآمدتر کرد تا بتواند به‌طور کامل با محیط تعامل داشته باشد.”
“ما در تلاش هستیم تا به طرح اولیه‌ای که این حیوان برای این کار استفاده می‌کند، پی ببریم و ببینیم چگونه با محیط خود سازگار می‌شود.”
با ادامه تحقیقات در زمینه استتار ماهی مرکب، ممکن است این کشفیات به فناوری‌های تحول‌آفرینی منجر شود – الهام‌گرفته از نبوغ تکاملی طبیعت.
این مطالعه در ژورنال شیمی مواد C منتشر شده است.