加州大学欧文分校领导的研究小组发现了鱿鱼用来改变外观的细胞结构

加州大学欧文分校海洋生物实验室的研究人员及其合作者发现了鱿鱼能够从透明变为彩色的细胞和结构。科学家们从鱿鱼皮肤中汲取灵感，创造出一种先进的、可调的材料，可用于伪装、展示和热管理。

　　

加利福尼亚州欧文市，2025 年 6 月 26 日—— 通过对鱿鱿鱼皮肤细胞进行三维检查，加州大学欧文分校领导的研究小组发现了导致鱿鱿鱼能够动态地将其外观从透明状态改变为任意颜色状态的结构。

该科学家小组（其中包括来自马萨诸塞州伍兹霍尔海洋生物实验室的合作者）发现，在色彩鲜艳的鱿鱿鱼外套膜组织中，被称为虹细胞或虹膜细胞的光操控细胞含有来自反射蛋白的堆叠和缠绕的血小板柱，这些血小板柱起到布拉格反射器的作用，可以选择性地透射和反射特定波长的光。

在今天发表在《科学》杂志上的一篇论文中，研究人员讨论了他们如何从细胞及其内部柱状结构中获得灵感，开发出一种具有可调节可见光和红外特性的多光谱复合材料。

“在自然界中，许多动物利用布拉格反射体进行结构着色，”论文共同作者、加州大学欧文分校化学与生物分子工程副教授阿隆·戈罗德斯基（Alon Gorodetsky）说道。“鱿鱿鱼能够快速且可逆地从透明状态转变为彩色状态，这非常了不起。我们发现，正是含有特殊亚细胞柱状结构且折射率分布呈正弦曲线的细胞，才使得鱿鱿鱼能够实现这样的壮举。”  

论文合著者、海洋生物实验室高级科学家罗杰·汉隆 (Roger Hanlon)为戈罗德茨基的加州大学欧文分校团队提供了接触鱿鱿鱼的机会，他的实验室帮助揭示了含虹细胞组织的颜色和解剖结构。

“这些是长鳍近海鱿鱿鱼——Doryteuthis pealeii——原产于大西洋，”戈罗德茨基说。“海洋生物实验室一个多世纪以来一直以研究这种鱿鱿鱼和其他头足类动物而闻名，因此我们很荣幸能够利用他们世界一流的专业知识，妥善收集、处理和研究这些生物样本。”

研究团队使用了全息断层扫描技术，这是一种将低强度光与定量相位成像相结合的显微镜技术，可以创建聚集细胞和单个细胞的3D图像。该仪器直接测量光线穿过组织时的细微变化，并构建样本的折射率图，从而揭示其结构和生化特征。

“全息断层扫描利用反射蛋白的高折射率，揭示了鱿鱿鱼虹彩细胞内正弦折射率分布的存在，”加州大学欧文分校化学和生物分子工程博士后研究员、论文共同第一作者乔治·博格达诺夫(Georgii Bogdanov)说道。“由反射蛋白组成的血小板形成蜿蜒的血小板柱，填充了虹彩细胞的内部。这个复杂的系统驱动着头足类外套膜的光学系统，细胞及其内部结构调节光的透射和反射。”

戈罗德茨基表示，探索和发现鱿鱿鱼色彩操控能力背后机制的过程启发了他的团队，他们从纳米柱正弦布拉格反射器中开发出灵活、可拉伸的可见外观变化复合材料，然后通过加入纳米结构金属薄膜，进一步增强这些材料的红外外观修改能力。

该团队使用一套显微镜和光谱仪器验证了模块化和多功能复合材料可以执行多种多光谱功能，包括伪装、信号传输和传感。

“这些仿生材料超越了简单的静态颜色控制，它们可以根据环境或机械刺激动态调整可见光和红外波段的外观，”该研究的共同第一作者、化学与生物分子工程博士生Aleksandra Strzelecka说道。“这项技术真正令人兴奋的部分原因在于其与生俱来的可扩展性。我们已经展示了大面积阵列复合材料，它们能够模拟甚至超越鱿鱿鱼的自然光学能力，为从自适应伪装到响应式织物、多光谱显示器以及先进传感器等众多应用打开了大门。”

Gorodetsky 表示，研究鱿鱿鱼皮肤所获得的基本见解可以广泛应用于改进各种其他光学技术，如激光、光纤、光伏和传感器。

他说：“这项研究激动人心地展示了基础研究与应用研究相结合的威力。我们实验室或许才刚刚开始探索受头足类启发研制可调光学材料的可能性。”

其他团队成员包括加州大学欧文分校化学和生物分子工程博士后学者 Sanghoon Lee、加州大学欧文分校化学和生物分子工程博士生 Nikhil Kaimal 和海洋生物实验室研究员 Stephen Senft。

该研究由国防高级研究计划局和空军科学研究办公室资助。

关于加州大学欧文分校： 加州大学欧文分校成立于1965年，是享有盛誉的美国大学协会成员，并被 《美国新闻与世界报道》评为全美十大公立大学之一。该校培养了五位诺贝尔奖得主，并以其学术成就、顶尖研究、创新精神和食蚁兽吉祥物而闻名。在校长霍华德·吉尔曼的领导下，加州大学欧文分校拥有超过36,000名学生，提供224个学位课程。该校位于全球最安全、经济最具活力的社区之一，是橙县第二大雇主，每年为当地经济贡献70亿美元，为全州贡献80亿美元。欲了解更多关于加州大学欧文分校的信息，请访问 www.uci.edu。

媒体访问：广播节目/电台可付费使用配备 Comrex IP 音频编解码器的校内演播室采访加州大学欧文分校的教职员工和专家，但需视场地情况及校方批准而定。更多加州大学欧文分校新闻，请访问news.uci.edu。更多记者资源请访问https://news.uci.edu/media-resources。