En el fondo del océano, donde la luz solar apenas llega, los científicos del Smithsonian y un equipo de colaboradores han descubierto uno de los materiales más negros conocidos: la piel de ciertos peces. Estos peces ultra negros absorben la luz de manera tan eficiente que incluso con luz brillante parecen siluetas sin características perceptibles. En la oscuridad del océano, incluso rodeados de luz bioluminiscente, literalmente desaparecen.
En la edición del 16 de julio de la revista Current Biology , un equipo de científicos dirigido por el zoólogo de investigación del Museo Nacional de Historia Natural del Smithsonian , Karen Osborn, y el biólogo de la Universidad de Duke, Sönke Johnsen, informan sobre cómo una disposición única de gránulos llenos de pigmento permite que algunos peces absorban casi toda la luz que impacta en su piel, de modo que tan solo el 0.05% de esa luz se refleja. Imitar esta estrategia podría ayudar a los ingenieros a desarrollar materiales ultra negros menos costosos, flexibles y más duraderos para su uso en tecnología óptica, como telescopios y cámaras, y para camuflaje, dijo Osborn.
Imitar esta estrategia podría ayudar a los ingenieros a desarrollar materiales ultra negros menos costosos, flexibles y más duraderos para su uso en tecnología óptica, como telescopios y cámaras, y para camuflaje.
Karen Osborn
Osborn se interesó por primera vez en la piel de los peces cuando trató de fotografiar algunos peces negros llamativos que ella y sus colegas atraparon en las redes de arrastre utilizadas para probar las profundidades del mar. A pesar del equipo sofisticado, dijo, no podía capturar ningún detalle en las imágenes. «No importaba cómo configurabas la cámara o la iluminación, simplemente absorbían toda la luz».
Mediciones cuidadosas en el laboratorio confirmaron por qué las cámaras no podían capturar sus características: muchos de los peces negros encontrados en las profundidades del mar absorbieron más del 99.5% por ciento de la luz que impacto en sus superficies. Eso significa que son ultra negros: más negros que el papel negro, más negros que la cinta aislante, más negros que un neumático nuevo. Y en el mar profundo y oscuro, donde un solo fotón de luz es suficiente para llamar la atención, esa negrura intensa puede mejorar las posibilidades de supervivencia de un pez.
Debido a que la luz solar no alcanza más de un par de cientos de metros debajo de la superficie del océano, la mayoría de las criaturas de aguas profundas producen su propia luz, llamada bioluminiscencia. Los resplandores bioluminiscentes se utilizan para atraer parejas, distraer a los depredadores y atraer a las presas. También pueden exponer a los animales cercanos, frustrando el enfoque sigiloso de un depredador o arrojando un faro a una presa potencial, a menos que esos animales tengan el camuflaje adecuado. «Si quieres mezclarte con la infinita negrura de tu entorno, absorber cada fotón que te golpee es una excelente manera de hacerlo», dijo Osborn.
La absorción de luz casi completa de los peces ultra negros depende de la melanina, el mismo pigmento que colorea y protege la piel humana de la luz solar. Osborn y sus colegas descubrieron que este pigmento no solo es abundante en la piel de los peces ultra negros, sino que se distribuye de una manera única.
Los compartimentos celulares llenos de pigmento llamados melanosomas están densamente empaquetados en células de pigmento y estas células de pigmento están dispuestas muy cerca de la superficie de la piel de un pez ultra negro en una capa continua. El tamaño, la forma y la disposición de los melanosomas hacen que dirijan cualquier luz que no absorban inmediatamente hacia los melanosomas vecinos dentro de la célula, que luego absorben la luz restante.
«Efectivamente, lo que han hecho es hacer una trampa de luz súper eficiente y súper delgada», dijo Osborn. “La luz no se recupera; la luz no pasa. Simplemente entra en esta capa, y se ha ido «.
«Estas estructuras que contienen pigmentos están empaquetadas en las células de la piel como una pequeña máquina de chicles, donde todas las chicles tienen el tamaño y la forma adecuados para atrapar la luz dentro de la máquina», dijo Alexander Davis, coautor del estudio. y estudiante de doctorado en biología en la Universidad de Duke.
Los peces no son los únicos animales conocidos que atrapan suficiente luz para producir una superficie ultra negra. Se han encontrado plumas y escamas ultra negras en algunas aves y algunas mariposas, donde contrastan con regiones de colores brillantes, haciendo que los colores parezcan más vibrantes. Esos animales producen el efecto al combinar una capa de melanina con estructuras que capturan la luz, como pequeños tubos o cajas.
En el mar profundo con recursos limitados, los peces ultra negros parecen haber desarrollado un sistema más eficiente, dijo Osborn. «Este es el único sistema que conocemos que utiliza el pigmento en sí mismo para controlar cualquier luz inicialmente no absorbida». Esta ultranegritud basada en melanosomas parece ser una estrategia común en las profundidades del mar: Osborn y su equipo encontraron los mismos patrones distintos de pigmento en 16 especies de peces relacionados de forma distante.
La adopción de esta estrategia de diseño eficiente podría mejorar la fabricación de materiales ultra negros, que actualmente usan una arquitectura más parecida a la que se encuentra en las aves y mariposas ultra negras, dijo Osborn. Tales materiales, buscados para equipos ópticos sensibles, son actualmente extremadamente delicados y costosos de producir. «En lugar de construir algún tipo de estructura que atrape la luz, si hicieras que el pigmento absorbente tuviera el tamaño y la forma correctos, podrías lograr la misma absorción potencialmente mucho más barata y [hacer que el material] sea mucho menos frágil» dijo.
La financiación y el apoyo para esta investigación fueron proporcionados por el Smithsonian, la Universidad de Duke, la Administración Nacional Oceánica y Atmosférica y la Beca de Graduados de Ciencia e Ingeniería de la Defensa Nacional del Departamento de Defensa.
