חומרים אולטרה-שחורים הם חומרים שמחזירים פחות מחצי אחוז מהאור הפוגע בהם, ובולעים את כל השאר. לשם השוואה, נייר שחור מחזיר כעשרה אחוזים מהאור הפוגע בו. לעומת זאת, החומר השחור ביותר המוכר לאדם הוא חומר מלאכותי אשר פותח במכון הטכנולוגי של מסצ'וסטס (MIT), ומסוגל לבלוע למעלה מ-99.995 אחוזים(!) מהאור הפוגע בו.
דג אולטרה שחורדג אולטרה שחור
דג אולטרה שחור
(צילום: קרן אוסבורן, מתוך המחקר)
לא רק בני אדם מסוגלים לפתח חומרים אולטרה-שחורים: לבעלי חיים רבים, כגון מינים שונים של דגים, פרפרים, עופות ועכבישים, יש על פני גופם אזורים אולטרה-שחורים. מכיוון שדגים אולטרה-שחורים חיים בעומקים של למעלה מ-200 מטרים, קשה לתפוס ולחקור אותם, ואיננו יודעים עליהם הרבה. במחקר חדש שהתפרסם לאחרונה בכתב העת Current Biology, חוקרים מאוניברסיטת דיוק (Duke) הצליחו בכל זאת לבדוק כיצד דגים אלה פיתחו את היכולת להחזיר כה מעט אור.
לכאורה, דגים שחיים בעומקים שכאלה אינם זקוקים לצבע אולטרה-שחור לצורך הסוואה, מכיוון שאור השמש ממילא אינו מגיע לאזורי המחיה שלהם. החזרת אור ושקיפות – שתי אסטרטגיות שימושיות בעבור דגים החיים במים רדודים ושטופי שמש - אינן מתאימות למעמקים. בפועל, אף שמעמקי האוקיינוס חשוכים רוב הזמן, דגים שונים פיתחו יכולת הארה ביולוגית (ביולומיניסנציה) שמאפשרת להם למשוך או לאתֵר טרף, מכאן שהיכולת לבלוע אור באופן מקסימלי על רקע המעמקים החשוכים מקנה יתרון אבולוציוני.

דגי נינג'ה

החוקרים מדדו את החזרת האור מ-16 מינים של דגים אולטרה-שחורים, המשתייכים לשבע סדרות שונות. מכיוון שכל סדרה כוללת גם מינים של דגים כסופים או צבעוניים, החוקרים הסיקו כי כל סדרה פיתחה את היכולת להחזיר כמות מזערית של אור באופן עצמאי. מכך אפשר להסיק שקיים לחץ אבולוציוני לפתח את התכונה הזאת. החוקרים הראו כי הצבע המיוחד אכן עוזר להסוואה: המרחק שבו דג אולטרה-שחור מזוהה על ידי טורף קטן פי שישה מהמרחק שבו מזוהה דג כהה "רגיל", בעל החזרת אור של שני אחוזים. הדגים בעלי ההחזרה הנמוכה ביותר שנמדדה הם מהסוג Oneirodes, והחזרת האור שלהם נעה בין 0.044 ל-0.051 אחוז – החזרה נמוכה יותר משל הפרפר השחור ביותר ושווה לזו של העופות השחורים ביותר. מין זה משתייך למשפחת החכאים, דגים בעלי בליטה מוארכת דמוית חכה על ראשיהם, אשר מפזרת אור ומשמשת כפיתיון בעבור טרף. הצבע האולטרה-שחור של דג זה מאפשר ככל הנראה החזרה נמוכה של אור מהפיתיון, וכך מסתיר את החכאי מעיני טרפו.
המרחק שבו דג אולטרה-שחור מזוהה על ידי טורף קטן פי שישה מהמרחק שבו מזוהה דג כהה "רגיל". אחד הדגים האולטרה-שחורים, מהמין Anoplogaster cornutaהמרחק שבו דג אולטרה-שחור מזוהה על ידי טורף קטן פי שישה מהמרחק שבו מזוהה דג כהה "רגיל". אחד הדגים האולטרה-שחורים, מהמין Anoplogaster cornuta
המרחק שבו דג אולטרה-שחור מזוהה על ידי טורף קטן פי שישה מהמרחק שבו מזוהה דג כהה "רגיל". אחד הדגים האולטרה-שחורים, מהמין Anoplogaster cornuta
(צילום: קרן אוסבורן, מתוך המחקר)

כדי לגלות כיצד הדגים משיגים החזרת אור כה נמוכה, בדקו החוקרים את עורם של תשעה מיני דגים אולטרה-שחורים מתחת למיקרוסקופ אלקטרונים סורק (SEM), מיקרוסקופ אלקטרונים חודר (TEM) ומיקרוסקופ אור. החוקרים מצאו שבדגים אלה יש שכבה צפופה ורציפה של מלנוזומים, אברונים הנמצאים בתאי העור ומכילים חומר בולע אור בשם מלנין. מלנין הוא צבען (פיגמנט) טבעי נפוץ שנמצא גם בתאיהם של בעלי חיים רבים אחרים, ומשפיע בין השאר על צבע העור והעיניים של בני אדם. החוקרים גילו כי התאים המכילים מלנוזומים בעורם של הדגים האולטרה-שחורים הם צפופים במיוחד, וכמעט אין רווחים ביניהם. זאת בניגוד לדגים כהים שאינם אולטרה-שחורים, שבהם יש רווחים בין התאים המכילים מלנוזומים – רווחים המלאים בדרך כלל בחלבון בשם קולגן או בתאים אחרים, אשר מפזרים את האור.

הגודל כן קובע

החוקרים בנו מודל מתמטי שיסביר כיצד מאפייני המלנוזומים גורמים לצבע האולטרה-שחור. הם מצאו כי רציפות שכבת המלנוזומים אינה מספיקה כדי להסביר את החזרת האור הנמוכה, ויש חשיבות רבה גם לגודלם של המלנוזומים וליחס בין רוחבם לגובהם; וכי ממדי המלנוזומים של הדגים האולטרה-שחורים הם אופטימליים להחזרה נמוכה. אך גם לרציפות יש תפקיד חשוב: על סמך המודל הסיקו החוקרים כי היא גורמת לפיזור האור בתוך שכבת המלנוזומים, וכך מגדילה את הסיכוי לבליעת האור על ידי המלנין. מנגנון זה שונה מאלה של עופות ופרפרים אולטרה-שחורים, שבהם פיזור האור לעבר המלנין נובע ממבנים עשויים מהחלבון קרטין או מהסוכר כיטין.
דגים החיים במעמקים משתמשים בצבע האולטרה-שחור להסוואה, ופרפרים ועופות נעזרים בו כנראה לצורכי תקשורת וחיזור; אך גם בני אדם יכולים להפיק תועלת מצבעים אולטרה-שחורים. המחקר יכול לסייע בפיתוח חומרים מלאכותיים אולטרה-שחורים חדשים, שיוכלו לשמש בבניית קולטי שמש, ביישומים אופטיים שיגדילו את הרגישות של גלאים ואף ביישומים בתחום האמנות והעיצוב.
יפתח דיבון, מכון דוידסון לחינוך מדעי