Como desaparecem os peixes de águas profundas e ultra-pretas – A ciência por trás da pele que absorve mais de 99,5% da luz

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Nas profundezas do oceano, onde a luz do sol mal chega, cientistas do Smithsonian e uma equipe de colaboradores descobriram um dos materiais mais negros conhecidos: a pele de certos peixes. Estes peixes ultra-negros absorvem a luz de forma tão eficiente que mesmo em luz brilhante parecem ser silhuetas sem características discerníveis. Na escuridão do oceano, mesmo rodeados de luz bioluminescente, eles literalmente desaparecem.

Na edição de 16 de julho da revista Current Biology, uma equipe de cientistas liderada pela zoóloga Karen Osborn, do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, e pela bióloga Sönke Johnsen, da Duke University, relatam como um arranjo único de grânulos embalados com pigmento permite que alguns peixes absorvam quase toda a luz que atinge sua pele, de modo que apenas 0,05% dessa luz seja refletida de volta. A adoção desta estratégia poderia ajudar os engenheiros a desenvolver materiais ultra-pretos menos caros, flexíveis e mais duráveis para uso em tecnologia ótica, como telescópios e câmeras, e para camuflagem, disse Osborn.

Osborn começou a se interessar pela pele do peixe quando tentou fotografar alguns peixes negros impressionantes que ela e seus colegas capturaram em redes de arrasto usadas para amostrar as profundezas do mar. Apesar do equipamento sofisticado, disse ela, ela não conseguiu capturar nenhum detalhe nas imagens. “Não importava como você montava a câmera ou a iluminação – eles apenas sugavam toda a luz”.

Um exemplar da espécie de peixe ultra-negro Anoplogaster cornuta. Este peixe foi tão animado depois de ser amostrado e documentado que a equipe de pesquisa o liberou de volta às profundezas via submarino no dia seguinte a ter sido capturado em uma rede de arrasto. Na edição de 16 de julho da revista Current Biology, uma equipe de cientistas liderada pela zoóloga Karen Osborn, do Museu Nacional de História Natural do Smithsonian, e pela bióloga Sönke Johnsen, da Duke University, relatam como um arranjo único de grânulos embalados com pigmento permite que alguns peixes absorvam quase toda a luz que atinge sua pele, de modo que apenas 0,05% dessa luz seja refletida de volta. Crédito: Karen Osborn, Smithsonian

Medidas cuidadosas no laboratório confirmaram porque as câmeras não conseguiam capturar suas características: Muitos dos peixes negros encontrados no mar profundo absorveram mais de 99,5% da luz que atingia suas superfícies. Isso significa que eles são ultrapretos – mais pretos que papel preto, mais pretos que fita adesiva elétrica, mais pretos que um pneu novinho em folha. E no mar profundo e escuro, onde um único fóton de luz é suficiente para atrair a atenção, essa intensa escuridão pode melhorar as chances de sobrevivência de um peixe.

Como a luz solar não chega a mais de algumas centenas de metros abaixo da superfície do oceano, a maioria das criaturas do mar profundo produz sua própria luz, chamada bioluminescência. Os brilhos bioluminescentes são usados para atrair companheiros, distrair os predadores e atrair as presas. Eles também podem expor animais próximos – enganando a abordagem furtiva de um predador ou brilhando um farol sobre presas potenciais – a menos que esses animais tenham a camuflagem correta. “Se você quiser se misturar com a escuridão infinita de seu entorno, sugar cada fóton que atinge você é um ótimo caminho a seguir”, disse Osborn.

A absorção de luz quase completa do peixe ultra-preto depende da melanina, o mesmo pigmento que colore e proteja a pele humana da luz solar. Osborn e seus colegas descobriram que este pigmento não é apenas abundante na pele dos peixes ultra-negros, ele é distribuído de uma forma única. Os compartimentos celulares cheios de pigmentos chamados melanosomas são densamente embalados em células de pigmento e estas células de pigmento são dispostas muito perto da superfície da pele de um peixe ultra-negro em uma camada contínua. O tamanho, forma e disposição dos melanossomos fazem com que eles direcionem qualquer luz que não absorvam imediatamente para os melanossomos vizinhos dentro da célula, que então sugam a luz restante.

“Efetivamente, o que eles fizeram foi fazer uma armadilha de luz supereficiente e superfina”, disse Osborn. “A luz não ricocheteia; a luz não atravessa. Ela apenas entra nesta camada e desaparece”.

“Estas estruturas contendo pigmentos são embaladas nas células da pele como uma minúscula máquina de gombalas, onde todas as gombalas têm o tamanho e a forma certos para prender a luz dentro da máquina”, disse Alexander Davis, co-autor do estudo e doutorando em biologia na Duke University.

Um exemplar da espécie de peixe ultra-negro Anoplogaster cornuta. Crédito: Karen Osborn, Smithsonian

Os peixes não são os únicos animais conhecidos que armadilham luz suficiente para produzir uma superfície ultra-negra. Penas e escamas ultra-negras foram encontradas em algumas aves e algumas borboletas, onde contrastam com regiões de cores vivas, fazendo as cores parecerem mais vibrantes. Esses animais produzem o efeito combinando uma camada de melanina com estruturas de captura de luz, como pequenos tubos ou caixas. No mar profundo de recursos limitados, os peixes ultra-negros parecem ter desenvolvido um sistema mais eficiente, disse Osborn. “Este é o único sistema que conhecemos que utiliza o próprio pigmento para controlar qualquer luz inicialmente não absorvida”. Esta ultra-escuridão baseada no melanoma parece ser uma estratégia comum nas profundezas do mar: Osborn e sua equipe encontraram os mesmos padrões distintos de pigmento em 16 espécies de peixes distantemente relacionados.

A adoção desta eficiente estratégia de design poderia melhorar a fabricação de materiais ultra-negros, que atualmente utilizam uma arquitetura mais parecida com a encontrada nas aves e borboletas ultra-negras, disse Osborn. Tais materiais, procurados para equipamentos óticos sensíveis, são atualmente extremamente delicados e caros de produzir. “Em vez de construir algum tipo de estrutura que prenda a luz, se você fizesse o pigmento absorvente com o tamanho e forma corretos, você poderia conseguir a mesma absorção potencialmente muito mais barata e tornar o material muito menos frágil”, disse ela.

Referências:

How Deep-Sea, Ultra-Black Fish Disappear – Science Behind Skin That Absorbs More Than 99.5% of Light

“Ultra-black Camouflage in Deep-Sea Fishes” byAlexander L. Davis, Kate N. Thomas, Freya E. Goetz, Bruce H. Robison, Sönke Johnsen and Karen J. Osborn, 16 July 2020, Current Biology.
DOI: 10.1016/j.cub.2020.06.044

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