Противоосвещение - Counter-illumination
Противоосвещение - это метод активной маскировки, наблюдаемый у морских животных, таких как светлячки и рыбы-гардемарины , а также в военных прототипах, обеспечивающий свет, соответствующий их фону как по яркости, так и по длине волны.
Морские животные мезопелагической (средней воды) зоны, как правило, кажутся темными на яркой поверхности воды, если смотреть снизу. Они могут маскироваться, часто от хищников, но также и от своей добычи, создавая свет с помощью биолюминесцентных фотофоров на обращенных вниз поверхностях, уменьшая контраст их силуэтов на фоне. Свет может производиться самими животными или симбиотическими бактериями , часто Aliivibrio fischeri . Противоосвещение отличается от затенения , в котором используются только пигменты, такие как меланин, для уменьшения появления теней. Это один из доминирующих видов водного камуфляжа , наряду с прозрачностью и серебрением . Все три метода заставляют животных в открытой воде походить на их среду обитания.
Противоосвещение пока не вошло в широкое военное применение , но во время Второй мировой войны оно было испытано на кораблях в рамках канадского проекта камуфляжа рассеянного освещения и на самолетах в рамках американского проекта осветительных приборов Иегуди .
У морских животных
Механизм
Противоосвещение и затенение
В море встречное освещение - один из трех основных методов подводной маскировки , два других - прозрачность и серебрение. Среди морских животных, особенно ракообразных , головоногих моллюсков и рыб , применяется противосветовая маскировка, когда биолюминесцентный свет от фотофоров на вентральной поверхности организма согласовывается со светом, излучаемым из окружающей среды. Биолюминесценции используется , чтобы скрыть силуэт организма произведенный вниз-наворачиваются света. Противоосвещение отличается от затенения , которое также используется многими морскими животными, которое использует пигменты для затемнения верхней стороны тела, в то время как нижняя сторона максимально светлая с помощью пигмента, а именно белого. Затенение не удается, когда свет, падающий на живот животного, слишком слаб, чтобы он выглядел примерно таким же ярким, как фон. Обычно это происходит, когда фоном является относительно яркая поверхность океана, а животное плавает в мезопелагических глубинах моря. Контр-подсветка идет дальше, чем затенение, фактически осветляя нижнюю часть корпуса.
Фотофоры
Противоосвещение полагается на органы, производящие свет, фотофоры. Это примерно сферические структуры, которые выглядят как светящиеся пятна на многих морских животных, включая рыб и головоногих моллюсков. Орган может быть простым или сложным, как человеческий глаз, с линзами, жалюзи, цветными фильтрами и отражателями.
У кальмаров гавайского бобтейла ( Euprymna scolopes ) свет излучается в большом и сложном двухлопастном световом органе внутри мантии кальмара. В верхней части органа (дорсальная сторона) находится отражатель, направляющий свет вниз. Ниже находятся контейнеры (крипты), покрытые эпителием, содержащим светопродуцирующие симбиотические бактерии. Под ними - своего рода радужная оболочка , состоящая из ветвей (дивертикулов) ее чернильного мешка ; а под ним - линза. И рефлектор, и линза происходят из мезодермы . Свет уходит от органа вниз, часть его распространяется прямо, часть выходит из отражателя. Около 95% продуцирующих свет бактерий выводятся на рассвете каждое утро; затем популяция в световом органе медленно увеличивается в течение дня и к вечеру достигает максимум примерно 10 12 бактерий: этот вид прячется в песке вдали от хищников днем и не пытается противодействовать освещению днем, что могло бы произойти при любом освещении. Корпус требует гораздо более яркого света, чем его световой орган. Излучаемый свет просвечивает через кожу нижней части кальмара. Чтобы уменьшить светоотдачу, кальмар может изменить форму радужки; он также может регулировать силу желтых фильтров на его нижней стороне, которые предположительно изменяют баланс излучаемых длин волн. Светоотдача коррелирует с интенсивностью нисходящего света, но примерно на треть яркости; кальмар умеет отслеживать повторяющиеся изменения яркости.
Соответствие интенсивности света и длины волны
Ночью ночные организмы сравнивают длину волны и интенсивность своей биолюминесценции с нисходящим лунным светом и направляют его вниз во время плавания, чтобы оставаться незамеченными для наблюдателей внизу.
В eyeflash кальмар ( Abralia veranyi ) вид , который ежедневно мигрирует между поверхностью и глубокими водами , исследование показало , что свет , излучаемый является голубее в холодных водах и экологичном в теплых водах, температура , служащую в качестве руководства для требуемого спектра излучения . На нижней стороне животного имеется более 550 фотофоров, состоящих из рядов из четырех-шести крупных фотофоров, проходящих по телу, и множества более мелких фотофоров, разбросанных по поверхности. В холодной воде при 11 градусах Цельсия фотофоры кальмара давали простой (унимодальный) спектр с пиком на 490 нанометрах (сине-зелёный). В более теплой воде с температурой 24 градуса по Цельсию кальмар добавил более слабое излучение (образуя плечо на стороне основного пика) примерно на 440 нанометров (синий цвет) от той же группы фотофоров. Другие группы остались неосвещенными: другие виды и, возможно, A. veranyi из других его групп фотофоров, при необходимости могут производить третий спектральный компонент. Другой кальмар, Abralia trigonura , способен производить три спектральных компонента: 440 и 536 нанометров (зеленый), появляющиеся при 25 Цельсия, очевидно, из тех же фотофоров; и 470–480 нанометров (сине-зеленый), самый сильный компонент при 6 Цельсия, по-видимому, из другой группы фотофоров. Многие виды могут дополнительно изменять излучаемый ими свет, пропуская его через набор цветных фильтров.
Противосветовой камуфляж уменьшил наполовину хищничество среди людей, использующих его, по сравнению с теми, кто не использовал его у гардемарина Porichthys notatus .
Аутогенная или бактериогенная биолюминесценция
Биолюминесценция, используемая для встречного освещения, может быть либо аутогенной (продуцируемой самим животным, как у пелагических головоногих, таких как Vampyroteuthis , Stauroteuthis и пелагические осьминоги у Bolitaenidae ), либо бактериогенной (продуцируемой бактериальными симбионтами ). Люминесцентной бактерией часто является Aliivibrio fischeri , как, например, у кальмара гавайского бобтейла.
Цель
Скрываясь от хищников
Уменьшение силуэта - это, прежде всего, защита мезопелагических (среднеглубинных) организмов от хищников . Уменьшение силуэта от сильно направленного падающего вниз света важно, так как в открытой воде нет убежища, и хищники происходят снизу. Многие мезопелагические головоногие моллюски, такие как светлячки ( Watasenia scintillans ), десятиногие ракообразные и глубоководные рыбы, используют встречное освещение; он лучше всего подходит для них, когда уровень окружающего освещения низкий, оставляя рассеянный свет сверху вниз в качестве единственного источника света. Некоторые глубоководные акулы, в том числе Dalatias licha , Etmopterus lucifer и Etmopterus granulosus , являются биолюминесцентными, скорее всего, для маскировки от хищников, нападающих снизу.
Скрываясь от добычи
Помимо эффективности в качестве механизма предотвращения хищников, контросвещение также служит важным инструментом для самих хищников. Некоторые виды акул, такие как глубоководная акула- фонарь с бархатным брюшком ( Etmopterus spinax ), используют противосвещение, чтобы оставаться скрытыми от своей добычи. Другие хорошо изученные примеры включают акулу-печенья ( Isistius brasiliensis ), морскую рыбу-топорика и гавайского кальмара-бобтейла. Более 10% видов акул могут быть биолюминесцентными, хотя некоторые, например, фонарные акулы, могут использовать свет для сигнализации, а также для маскировки.
Преодоление маскировки встречной засветки
Животное, замаскированное противосветовой системой, не является полностью невидимым. При достаточно остром зрении хищник мог различать отдельные фотофоры на нижней стороне замаскированной жертвы или обнаруживать оставшуюся разницу в яркости между жертвой и фоном. Хищники с остротой зрения 0,11 градуса (дуги) смогут обнаруживать отдельные фотофоры мадерского фонарика Ceratoscopelus maderensis на расстоянии до 2 метров (2,2 ярда), и они смогут увидеть общую схему скоплений фотофоров с помощью ухудшение остроты зрения. Во многом то же самое относится и к A. veranyi , но в значительной степени его выдали неосвещенные плавники и щупальца, которые кажутся темными на фоне с расстояния до 8 метров (8,7 ярда). Тем не менее, противосветовая маскировка этих видов чрезвычайно эффективна, радикально снижая их заметность.
Военные прототипы
Активный камуфляж в виде противосветового устройства редко использовался в военных целях, но он был прототипирован в камуфляже кораблей и самолетов начиная со Второй мировой войны.
Для кораблей
Камуфляж рассеянного освещения , при котором видимый свет проецируется на борта кораблей, чтобы соответствовать слабому свечению ночного неба, был опробован Национальным исследовательским советом Канады с 1941 года, а затем Королевским флотом во время Второй мировой войны. Около 60 световых прожекторов были установлены по всему корпусу и на надстройках корабля, таких как мостик и воронки. В среднем система уменьшила расстояние, на котором можно было увидеть корабль с надводной подводной лодки, на 25% в бинокль или на 33% невооруженным глазом. Камуфляж лучше всего работал в ясные безлунные ночи: в такую ночь в январе 1942 года HMS Largs не был замечен до тех пор, пока не приблизился к 2250 ярдам (2060 м) при контросвещении, но был виден с расстояния 5250 ярдов (4800 м) без света, Снижение дальности на 57%.
Для самолетов
В 1916 году американская художница Мэри Тейлор Браш экспериментировала с камуфляжем на моноплане Моран-Борель, используя лампочки вокруг самолета, и подала патент 1917 года, в котором утверждалось, что она «смогла создать машину, которая практически невидима в воздухе». Эта концепция не получила дальнейшего развития во время Первой мировой войны .
Концепция канадского корабля была опробована на американских самолетах, включая B-24 Liberators и TBM Avengers, в проекте освещения Yehudi , начиная с 1943 года, с использованием направленных вперед ламп, автоматически настраиваемых в соответствии с яркостью неба. Цель заключалась в том, чтобы позволить самолету морского поиска, оборудованному радаром, приблизиться к надводной подводной лодке в течение 30 секунд с момента прибытия до того, как ее заметят, чтобы самолет мог сбросить свои глубинные бомбы до того, как подводная лодка сможет пикировать. Электроэнергии было недостаточно для освещения всей поверхности самолета, а внешние лампы в виде маскировки рассеянного освещения могли бы мешать воздушному потоку над поверхностью самолета, поэтому была выбрана система направленных вперед ламп. У них был луч с радиусом 3 градуса, поэтому пилотам приходилось лететь так, чтобы нос самолета был направлен прямо на врага. При боковом ветре для этого требовалась извилистая траектория захода на посадку, а не прямолинейная траектория с носом, направленным против ветра. На испытаниях в 1945 году «Avenger» с противосветовой подсветкой был замечен только на расстоянии 3000 ярдов (2,7 км) от цели, по сравнению с 12 милями (19 км) для незакамуфлированного самолета.
Эта идея была пересмотрена в 1973 году, когда F-4 Phantom был оснащен маскирующими фарами в проекте «Compass Ghost».
Примечания
использованная литература
внешние ссылки
- Scientific American: 10 биолюминесцентных существ
- Журнал Science: биолюминесценция мезопелагических кальмаров
- Нова: Наука сейчас: светится в темноте ( свет на животе кальмара Abralia veranyi )