Przezroczyste zwierzęta, szklane zwierzęta, zwierzęta-duchy. W jaki sposób znikają innym z oczu?

W tym artykule:

1. Przezroczyste zwierzęta najczęściej występują w wodzie
2. Mechanizmy wykorzystywane przez przezroczyste zwierzęta morskie
3. Motyle to przezroczyste zwierzęta wykorzystujące naturalną nanotechnologię
4. Przezroczyste zwierzęta lądowe nie są całkowicie transparentne
5. Przezroczyste zwierzęta to także drapieżniki
6. Przezroczyste zwierzęta stanowią inspirację dla inżynierów

Zwierzę, które wyłania się z morskiej toni, niemal zlewa się z otaczającą je ciemną wodą. Gdyby nie jasno świecące oczy, system nerwowy i przewód pokarmowy – ośmiornica szklana Vitreledonella richardi byłaby niemal niedostrzegalna. Pokazujące ją 30-sekundowe nagranie badaczy z Schmidt Ocean Institute szybko stało się hitem internetu.

„Oceany wciąż kryją niezbadane cuda, których istnienia nawet sobie nie wyobrażamy”. Tak komentuje odkrycie Wendy Schmidt, współzałożycielka instytutu.

Sfilmowana przez badaczy ośmiornica to nie wyjątek. Liczne przezroczyste zwierzęta zamieszkują naszą planetę. Na liście zwierząt wykorzystujących tę niezwykłą formę kamuflażu znajdziemy głównie gatunki żyjące w wodzie. Od szklanych ośmiornic przez kałamarnice, meduzy czy skorupiaki po hodowane przez akwarystów rybki takie jak przeźroczka indyjska (Parambassis ranga).

Na lądzie o transparentność trudniej, ale i tu napotkamy choćby żaby szklane czy motyle szklanoskrzydłe (Greta oto). Niektóre transparentne gatunki, zamiast w głębinach wód, kryją się w ciemności jaskiń. Np. ślimak z gatunku Zospeum tholussum, który został odkryty na głębokości 980 m przez naukowców eksplorujących system chorwackich jaskiń Lukina Jama-Trojama.

Przezroczyste zwierzęta najczęściej występują w wodzie

Dlaczego większość transparentnych zwierząt żyje w wodzie? – Na lądzie problemem jest załamanie i odbicie światła na granicy ośrodków o bardzo różnej gęstości, czyli takich, w których światło przemieszcza się z różną prędkością. Czyli w tym przypadku – na granicy powietrza i tkanek. W wodzie jest inaczej. Gęstość tkanek organizmów żywych, składających się przede wszystkim z wody, jest często zbliżona do gęstości wody. Światło załamuje się wówczas nieznacznie – wyjaśnia dr Barbara Pietrzak, adiunkt w Zakładzie Hydrobiologii Wydziału Biologii Uniwersytetu Warszawskiego, która bada m.in. strategie unikania drapieżnika.

Ponadto zwierzęta żyjące w toni morskiej lub w jaskiniach nie są narażone na szkodliwe działanie promieni UV. Te żyjące na lądzie – tak. – Dlatego powierzchnia ich ciał jest zwykle nieprzezroczysta i wyposażona w ochronne pigmenty – tłumaczy ekspertka. Zwierzęta lądowe mają też więcej opcji kamuflażu i potencjalnych miejsc schronienia niż wodne. Owszem, przy dnie można ukryć się wśród kęp roślinności czy kamieni. Ale co z mieszkańcami wód otwartych, czyli zwierzętami żyjącymi w tzw. strefie pelagicznej?

Świetliste życie. Dlaczego zwierzęta i rośliny potrafią świecić?

Choć może się to wydać zaskakujące, istoty żywe należą do najpospolitszych źródeł światła na Ziemi.

Zwierzęta głębinowe mają kilka strategii. – Jedną z nich jest powszechny u ryb ciemny grzbiet i jasny brzuch, które sprawiają, że drapieżnik, patrząc z dołu, nie dostrzega ciemnej sylwetki ofiary na tle poświaty bijącej z powierzchni. Innym rozwiązaniem jest tzw. srebrzenie. U ryb takich jak śledzie łuski są jak małe lusterka, które odbijają i tak rozproszone w toni światło. Strategie te mają ograniczenia, np. kamuflaż ciemny grzbiet i jasny dół jest skuteczny tylko w kierunku pionowym, a w poziomym już mniej – opowiada dr Pietrzak.

– Jeśli nie masz ostrych zębów czy jadu, a żyjesz w otwartych wodach, przezroczystość jest najlepszym wyborem – dodaje Sönke Johnsen, biolog z Woods Hole Oceanographic Institution.

Mechanizmy wykorzystywane przez przezroczyste zwierzęta morskie

Harry Potter staje się niewidzialny w sekundę. Wystarczy że włoży pelerynę niewidkę. W naturze ta sztuka nie jest tak łatwa. – Transparentność wymaga głębokiej modyfikacji tkanek, tak aby zmaksymalizować przepuszczanie światła, a zminimalizować jego odbicie – tłumaczy dr Barbara Pietrzak. Tkanki niektórych gatunków morskich organizmów mogą przepuszczać ponad 90 proc. światła.

– Ale i to nie zapewnia stuprocentowego bezpieczeństwa. Drapieżniki takie jak dorsz w płytkich wodach mogą dostrzec ofiarę nawet o takiej przejrzystości – mówi ekspertka. Przezroczyste zwierzęta stosują więc różne dodatkowe mechanizmy zwiększające ich transparentność.

Laura Bagge, biolożka morska z Uniwersytetu Duke, przezroczystymi zwierzętami zafascynowała się podczas jednej ze studenckich wypraw badawczych. Sięgając do wiaderka ze złowionymi okazami kolorowych rybek, nagle natrafiła na coś twardego, ale niewidocznego dla oka. Obecnie bada swoje odkrycie: skorupiaki z grupy obunogów (Hyperiidea).

Te przezroczyste zwierzęta przypominają krewetki, a jedno z nich – Phronima sedentaria – posłużyło jako inspiracja twórcom kultowego horroru „Obcy”. Ich wygląd nie odstrasza jednak polujących na nie drapieżników, np. żyjącej w morskich głębinach ryby z rodziny wężorowatych Grammatostomias flagellibarba.

Ryba ta wykorzystuje do polowania umieszczone nad oczami fotofory, które niczym latarki pomagają jej oświetlić i zlokalizować ofiarę. Bagge odkryła, że obunogi chronią się przed światłem fotoforów z pomocą specjalnej antyrefleksyjnej powłoki na ciele. Gdy zbadała ciała siedmiu gatunków obunogów pod mikroskopem elektronowym, zauważyła, że kończyny jednego z nich – Cystisoma pellucida – pokryte były przypominającymi włoski nanowypukłościami. – Powierzchnia ta wygląda jak włochaty dywan. Podobnie jak dywan tłumi dźwięki, tak samo ta nanostruktura tłumi i redukuje odbicie światła – wyjaśnia badaczka.

To nie wszystko. Zespół Bagge odkrył również, że wszystkie badane skorupiaki mają na powierzchni ciał obszary, które dodatkowo redukują odbicie światła. Badacze podejrzewają, że sfery te to skupiska bakterii. Bagge spekuluje, że bakterie tworzą ze skorupiakami rodzaj symbiozy. W zamian za mobilny dom zapewniają im antyrefleksyjną ochronę. Kombinacja obu tych mechanizmów pozwala redukować odbicie nawet sto razy.

Motyle to przezroczyste zwierzęta wykorzystujące naturalną nanotechnologię

– Struktury nano – nanoguzki czy nanowłókienka – z których zbudowane są mięśnie, wspomagają transparentność, ponieważ są mniejsze od długości fali światła – tłumaczy dr Barbara Pietrzak. Taki rodzaj peleryny niewidki, a raczej nanowidki, wykorzystuje m.in. występujący w Ameryce Środkowej motyl szklanoskrzydły (Greta oto).

Nie wszystkie motyle uzyskują transparentność w ten sam sposób – to wniosek z badań Doris Gomez i Marianne Elias z French National Center for Scientific Research. Badaczki zidentyfikowały pewne formy przezroczystości u 31 ze 124 zbadanych gatunków łuskoskrzydłych ciem i motyli. Niektóre mają skrzydła zbudowane wyłącznie z przejrzystej membrany, niepokrytej łuskami. Ta metoda nie jest jednak idealna, bo motyle potrzebują przynajmniej trochę wodoodpornych łusek, które skutecznie zapobiegają sklejaniu się skrzydeł podczas deszczu. U innych gatunków membrana pokryta jest gęsto upakowanymi lustrzanymi łuskami.

Inny mechanizm działa u żyjących w Ameryce Środkowej motyli szklanoskrzydłych. Gdy Aaron Pomerantz, biolog z Uniwersytetu Kalifornijskiego w Berkeley, spojrzał na nie pod mikroskopem elektronowym, odkrył, że czarne brzegi skrzydeł motyla pokrywały płaskie łuski, gęsto upakowane i podobne do liści. Natomiast na przezroczystej części skrzydła znajdowały się łuski rzadko rozmieszczone. – Membrana ta pokryta jest bowiem powłoką nanoguzków, które sprawiają, że światło zamiast odbijać się, przenika w głąb skrzydła – na wskroś – tłumaczy dr Barbara Pietrzak.

Mimo tych skomplikowanych zabiegów całkowitej przezroczystości osiągnąć się nie da. W zależności od gatunku pewne elementy, takie jak np. oczy czy narządy przewodu pokarmowego, będą widoczne, choćby rzucając cień. Jak zwierzęta-duchy sobie z tym radzą?

– Najprostszym sposobem na redukcję cienia jest oddalenie się od powierzchni, na której jest on najlepiej widoczny, czyli od dna – tłumaczy dr Pietrzak. Zwierzęta minimalizują go też, spłaszczając swoje ciało – tak jest choćby w przypadku szklanego węgorza. Z kolei szklana kałamarnica, płynąc, utrzymuje swoje macki i ramiona wyciągnięte w górę, ku powierzchni. W ten sposób ogranicza swój cień.

Przezroczyste zwierzęta lądowe nie są całkowicie transparentne

U zwierząt żyjących na lądzie przezroczysty kamuflaż jest subtelniejszy, dotyczy tylko wybranych części ciała. Żyjące w Ameryce Środkowej żaby szklane, zwane też po hiszpańsku ranas de cristal – żabami kryształowymi, mają przezroczyste obszary w części brzusznej. Przez przezierną tkankę mięśniową i skórę widać ich narządy wewnętrzne, a także noszone pod skórą jaja, z których wylęgną się młode.

Przezroczyste są także kończyny. Z kolei grzbietowa część tych płazów ma jasnozielone zabarwienie z jasnymi plamkami. Czy taka budowa zapewnia skuteczny kamuflaż tym niezwykłym zwierzętom? Na to pytanie postanowił odpowiedzieć zespół dr. Jamesa Barnetta z kanadyjskiego Uniwersytetu McMastera.

– Żaby te, w zależności od podłoża, na jakim przebywają, stają się mniej lub bardziej zielone. Zauważyliśmy też, że przezroczyste kończyny tych zwierząt w pozycji siedzącej tworzą rodzaj wizualnego buforu, przejścia od zieloności do niewidzialności, co pomaga rozmywać kształty zwierzęcia – wyjaśnia dr Barnett.

Ten rodzaj kamuflażu nazywany jest rozmyciem krawędzi. Kanadyjczycy postanowili sprawdzić jego skuteczność w eksperymentach, których wyniki opublikowano w 2020 r. w czasopiśmie „Proceedings of the National Academy of Sciences” (PNAS).

W pierwszym z nich naukowcy sfotografowali 50 żab. Część na zielonym, przypominającym liście podłożu, a część na kontrastowym białym tle. Zdjęcia te pokazano następnie grupie 25 badanych, którzy mieli za zadanie odnaleźć na fotografiach jak najwięcej żab. Jak nietrudno zgadnąć, im bardziej kontrastowe było tło, tym lepiej żaby były widoczne. Na tle zielonym płazy łatwiej się rozmywały.

Aby potwierdzić swoje obserwacje, badacze stworzyli ponad 300 sztucznych żab z żelatyny. Część z nich, jak w naturze, była częściowo transparentna, częściowo zielona. Resztę całkowicie zabarwiono. Następnie sztuczne żaby rozrzucono losowo w lesie deszczowym. Po trzech dniach naukowcy policzyli „niezłowione” żaby – także w tym przypadku te wybarwione w całości o wiele częściej padły ofiarą drapieżników.

Przezroczyste zwierzęta to także drapieżniki

– Transparentny kamuflaż, choć zwykle jest defensywny, u niektórych przezroczystych stworzeń spełnia funkcję agresywną. Służy im do skutecznego podejścia ofiary – zauważa dr Barbara Pietrzak. – Amerykańska ważka Libellula luctuosa ma przezroczyste końcówki skrzydeł, ale od strony tułowia skrzydła są czarne, co sprawia, że ważka ta wygląda jak niegroźny motyl.

„Kosmiczna ryba” ma przeźroczystą głowę i jeszcze dziwniejsze oczy

Mówi się, że to „kosmiczna ryba”. Naukowców fascynuje nie tylko jej wygląd, ale również to, że żyje w bardzo surowym i niedostępnym środowisku.

Jeszcze ciekawszy przypadek agresywnego kamuflażu napotkać można u wspomnianej już wcześniej Grammatostomias flagellibarba. Są nim przezroczyste zęby. – Ryby te polują z otwartą paszczą, czekając aż wpłynie do niej ofiara zbłąkana w mroku – wyjaśnia Audrey Velasco-Hogan, doktorantka z Jacobs School of Engineering Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego.

Jej zespół zbadał pod mikroskopem elektronowym zęby ryby. Okazało się, że ich zewnętrzna warstwa zbudowana jest z nanokryształów, które mają właściwości antyrefleksyjne. – Co więcej, wewnętrzna część zęba pozbawiona jest kanalików zębowych, struktur obecnych u większości zwierząt, które nadają barwę zębom – precyzuje dr Pietrzak.

Przezroczyste zwierzęta stanowią inspirację dla inżynierów

Przezroczyste zwierzęta nie tylko budzą zachwyt. Naukowcy badający mechanizmy ich kamuflażu podkreślają, że mogą one stać się inspiracją dla innowacji w dziedzinie inżynierii, np. opracowania nowych materiałów.

Badacze z Woods Hole Oceanographic Institution ustalili z kolei, że salpy (Salpa aspera) mogą być kluczem do ograniczenia zmian klimatu. To gatunek przezroczystych osłonic, tworzących kolonie zajmujące nawet 100 tys. km kw. Salpy odfiltrowują z wody fitoplankton bogaty w związki węgla. Strawione resztki są ciężkie i łatwo opadają na dno, gdzie pozostają. Kolonia salp potrafi w ciągu jednej doby wyeliminować z powierzchni ok. 4 tys. ton węgla.

Mimo że niby łatwe do przejrzenia – przezroczyste zwierzęta kryją przed nami jeszcze wiele tajemnic.