近日，一项关于蓝鲨（Prionace glauca）解剖结构的研究揭示，该物种皮肤内存在独特的纳米结构，不仅赋予其标志性的蓝色，还可能具备根据环境条件改变体色的能力。研究团队指出，蓝鲨皮肤之所以呈现鲜明的蓝色，主要依赖于嵌入牙齿状鳞片（皮肤齿片）髓腔内的关键组分——主要为反射蓝光的鸟嘌呤晶体（guanine crystals）以及吸收其他波长的含黑色素囊泡（melanosomes）。
正如香港城市大学Mason Dean教授实验室的博士后研究员Viktoriia Kamska博士所言：“蓝色在动物界中极为罕见，生物在进化过程中已发展出各种独特策略来产生这一颜色，使得这些机制尤为吸引人。”研究显示，这些不同组分分别封装在独立的细胞中，类似于装有镜子和黑色吸收材料的小袋，但它们又彼此紧密结合，共同发挥作用，从而使色素（黑色素）与结构材料（具有特定厚度和间距的鸟嘌呤晶体板）协同增强了颜色饱和度。
Dean教授补充道：“当这些材料组合在一起时，不仅能产生鲜明的色彩，还赋予了生物体变色的强大能力。我们能观察到携带晶体的细胞中微小变化，并通过建模展示它们如何影响整体颜色。”
为了揭示这一天然色彩机制，科研团队采用了精密解剖、光学显微镜、电子显微镜、光谱分析等多种成像技术，详细解析了纳米结构的形态、功能和排列方式。（背景延伸：根据《Nature》及《Science》报道，此类多技术联合应用在生物纳米结构研究中已成为常见手段，有助于揭示生物材料的新特性。）
除了实验观察外，研究人员还通过计算机模拟验证了这些纳米结构的建筑参数如何决定特定波长的光谱表现。Kamska博士解释道：“由于在如此微小的尺度上手动操控结构极具挑战，计算模拟对于理解可实现的色彩调色板至关重要。”
研究成果还发现，通过微调牙齿状鳞片髓腔内鸟嘌呤晶体层之间的相对距离，鲨鱼的标志性蓝色在理论上可以转变为绿色甚至金色。具体来说，较狭窄的间隙产生典型的蓝色，而间隔增大则会使颜色偏向绿色或金色。Kamska博士及其团队证明，这种结构性变色机制可能受到环境因素（如湿度或水压变化）的影响，从而导致晶体间距微调，进而改变体色以实现更好的伪装或光学反射效果。举例来说，鲨鱼下潜至更深水域受压增大，皮肤中的鸟嘌呤晶体可能会被推动得更紧密，从而使整体颜色加深，以更好地适应周围环境。
Dean教授指出：“下一步，我们将探讨这一变色机制在自然环境中实际如何发挥作用。”
这项由香港大学研究拨款委员会普通研究基金资助的研究不仅为理解鲨鱼解剖结构和进化过程提供了重要新视角，同时也在生物启发工程领域展示了巨大应用潜力。Dean教授解释称：“这些皮肤齿片不仅为鲨鱼提供了流体动力学和防污作用，我们还发现它们在产生乃至改变颜色方面同样扮演了重要角色。这种多功能结构设计——集高速水动力学和伪装光学于一体的海洋表面设计，据我们所知在自然界中尚属首见。”
此外，结构性色彩相较于化学染色具有降低材料毒性和减少环境污染的显著优势，对于提升制造业的环境可持续性具有重要意义。（背景延伸：据《科学美国人》2023年报道，生物启发的纳米技术正在逐步改变传统工业生产方式，推动绿色制造的发展。）
Dean教授总结道：“随着纳米制造技术不断进步，我们有了更多机会探索结构如何赋予全新功能。虽然我们对其它鱼类产生色彩的方式已有诸多了解，但鲨鱼和鳐鱼自数亿年前便与硬骨鱼走向了不同的进化路径，这标志着一种全然不同的色彩生成新机制。”
该研究成果将于2025年7月9日在比利时安特卫普举行的实验生物学学会年会上发布。
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