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	9. 海洋中特殊的光照条件使得镜子成为一种有效的伪装形式。银色的鳞片通过反射亮度接近背景的光来掩盖鱼的侧面。		9. 海洋中特殊的光照条件使得镜子成为一种有效的伪装形式。银色的鳞片通过反射亮度接近背景的光来掩盖鱼的侧面。

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长河：/* 动物反射器的物理光学 */

2025-03-06T12:18:10Z

动物反射器的物理光学

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	多层镜子非常适合在社交或性环境中增加动物的显眼性。它们的银色反射太阳光，其颜色可用于指定身份。孔雀、天堂鸟和白鹇等鸟类使用彩色多层镜子进行展示，而更温和的彩虹色羽毛是鸽子、八哥和许多鸭子的羽毛的一部分。鸟镜所涉及的结构通常是二维光子结构（图 6.11b），通常是黑色素小棒（折射率约为 2），嵌入羽毛的角蛋白中。天堂鸟的小棒被氮气充气成扁平的板，气体提供更高的折射率差。		多层镜子非常适合在社交或性环境中增加动物的显眼性。它们的银色反射太阳光，其颜色可用于指定身份。孔雀、天堂鸟和白鹇等鸟类使用彩色多层镜子进行展示，而更温和的彩虹色羽毛是鸽子、八哥和许多鸭子的羽毛的一部分。鸟镜所涉及的结构通常是二维光子结构（图 6.11b），通常是黑色素小棒（折射率约为 2），嵌入羽毛的角蛋白中。天堂鸟的小棒被氮气充气成扁平的板，气体提供更高的折射率差。

	多层反射器也被发现作为鱼类的显示颜色。例如，小龙虾（Callionymus lyra）的彩色装饰和霓虹灯鱼（Paracheirodon innesi）身体上的蓝色条纹。后者具有一个有趣的特性，即它可以在夜间“关闭”，显然是通过一种未知的机制来减少鸟嘌呤小板之间的间距。这将反射峰移到光谱的紫外区，在那里它几乎看不见（Lythgoe 和 Shand 1989）。澳大利亚天堂鞭尾鱼（Pentapodus ~~paradisius）的面部和身体上也有彩虹色条纹，可以在几秒钟内从蓝色变为红色并再次变回，同样是通过改变小板之间的间距来实现的（Mäthger~~ 等人，2003 年）。毫无疑问，这是一种信号，但其含义尚不清楚。鱼类和头足类动物中还有许多其他反射器的例子，但其中大多数的功能是伪装而不是展示（见下文）。		多层反射器也被发现作为鱼类的显示颜色。例如Callionymus lyra的彩色装饰和Paracheirodon innesi。身体上的蓝色条纹。后者具有一个有趣的特性，即它可以在夜间“关闭”，<u>显然是通过一种未知的机制来减少鸟嘌呤小板之间的间距。这将反射峰移到光谱的紫外区，几乎看不见</u>（Lythgoe 和 Shand 1989）。澳大利亚天堂鞭尾鱼（Pentapodus paradisius）的面部和身体上也有彩虹色条纹，可以在几秒钟内从蓝色变为红色并再次变回，<u>同样是通过改变小板之间的间距来实现的</u>（Mäthger 等人，2003 年）。毫无疑问，这是一种信号，但其含义尚不清楚。鱼类和头足类动物中还有许多其他反射器的例子，但其中大多数的功能是伪装而不是展示（见下文）。

	在昆虫中，一些蝴蝶和蛾翅膀的彩虹色尤其引人注目。大多数蝴蝶翅膀的颜色都是色素性的，但蓝色尤其倾向于结构性，并取决于建设性干扰。Morpho 属的雄性有深蓝色的翅膀，维多利亚时代的收藏家对此非常欣赏。这些鳞片有长脊，每侧都有突出的板，由空气空间隔开，提供四分之一波长多层。白天飞行的马达加斯加蛾 Urania（= Chrysiridia ）ripheus 的翅膀同样绚丽（图 2）。在这个物种中（也收集了很多），颜色范围从蓝绿色，到黄色再到红色，然后进入下一个光谱，从紫色到蓝色再到绿色。从结构上看，鳞片中的几丁质层的光学厚度从 1/4 增加到 3/4 波长，而空气间隙保持 1/4 波长厚度（图 6.13c）。		在昆虫中，一些蝴蝶和蛾翅膀的彩虹色尤其引人注目。大多数蝴蝶翅膀的颜色都是色素性的，但蓝色尤其倾向于结构性，并取决于建设性干扰。''Morpho'' 属的雄性有深蓝色的翅膀，维多利亚时代的收藏家对此非常欣赏。<u>这些鳞片有长脊，每侧都有突出的板，由空气空间隔开，提供四分之一波长的多层结构</u>。白天飞行的马达加斯加蛾 Urania（= Chrysiridia ）ripheus 的翅膀同样绚丽（图 2）。在这个物种中（也收集了很多），颜色范围从蓝绿色，到黄色再到红色，然后进入下一个光谱，从紫色到蓝色再到绿色。从结构上看，鳞片中的几丁质层的光学厚度从 1/4 增加到 3/4 波长，而空气间隙保持 1/4 波长厚度（图 6.13c）。

	昆虫中多层反射器的其他例子包括马蝇、鹿蝇和长腿（Dolichopodid）蝇的色彩鲜艳的角膜。这些颜色在死亡后会消失，这是由于几丁质层交替变化，水合程度不同，因此折射率也不同（图 6.13e 和图 3）。它们的功能尚不清楚。许多蜘蛛，尤其是跳蛛（Salticidae），它们的脸、腿和身体上都有银色的鳞片。东南亚跳蛛 Cosmophasis umbratica ~~的雄性有反射紫外线的鳞片，但雌性没有。雌性可以看到这一点，并鼓励狂暴的求偶行为。~~		昆虫中多层反射器的其他例子包括马蝇、鹿蝇和Dolichopodid蝇的色彩鲜艳的角膜。<u>这些颜色在死亡后会消失，这是由于几丁质层交替变化，水合程度不同，因此折射率也不同</u>（图 6.13e 和图 3）。它们的功能尚不清楚。许多蜘蛛，尤其是跳蛛（Salticidae），它们的脸、腿和身体上都有银色的鳞片。东南亚跳蛛 Cosmophasis umbratica 的雄性有反射紫外线的鳞片，但雌性没有。雌性可以看到这一点，并鼓励狂暴的求偶行为。所涉及的鳞片具有不寻常的结构，两层几丁质（285 nm 厚）被一个狭窄的气隙（150 nm）隔开。这在 600 nm 处产生橙色的主要反射峰，在 385 nm 处产生较小的峰（Land 等人，2007 年）。雌性也使用紫外线，但不是为了反射；它们的触须在紫外线下发出绿色荧光，这也是求偶信号（Lim 等人，2007 年）。

	所涉及的鳞片具有不寻常的结构，两层几丁质（285 nm 厚）被一个狭窄的气隙（150 nm）隔开。这在 600 nm 处产生橙色的主要反射峰，在 385 nm 处产生较小的峰（Land 等人，2007 年）。雌性也使用紫外线，但不是为了反射；它们的触须在紫外线下发出绿色荧光，这也是求偶信号（Lim 等人，2007 年）。		图 6.16 蝴蝶 Parides sesostris 的绿色反射鳞片部分结构。它具有三维结构（见图 6.11c），其中从球形孔格子散射的光发生干涉，在所有方向上产生相似的颜色。比例尺 1 μm。（扫描电子显微照片由 Pete Vukusic 提供。）

	图 6.16 蝴蝶 Parides sesostris 的绿色反射鳞片部分结构。它具有三维结构（见图 6.11c），其中从球形孔格子散射的光发生干涉，在所有方向上产生相似的颜色。比例尺 1 μm。（扫描电子显微照片由 Pete Vukusic 提供。）简单的多层结构会产生强烈的反射，但只能在狭窄的角度范围内。在某些蝴蝶（如 Papilio palinurus）中，多层形成小而深的凹坑，直径约为 5μm，这些凹坑既可以从每个凹坑的底部进行单次反射（黄色），也可以从侧面进行双次反射（由于入射角较低而为蓝色）。这种组合产生了一种略带漫射的绿色组合色，可与树叶融合。其他蝴蝶，例如 Parides sesostris，采用三维结构（图 6.16），因为它们可以操纵所有方向的光流，因此可以在宽角度内产生恒定的颜色（P. sesos tris 中为绿色）。在这种情况下，结构由角质层基质中的球形孔组成，排列成菱形格子（Vukusic 和 Sambles 2003）。反射伪装镜子还可以具有与显示相反的功能：使动物隐形。在 20 世纪 60 年代的一系列精彩论文中，Denton 和 Nicol 展示了鱼的银色侧面如何提供一种伪装形式，在公海环境中，它们的身体很难被看到（Denton 和 Nicol 1965；Denton 1970）。原理很简单，依赖于这样一个事实：当阳光穿透海面以下时，波浪的折射和散射会使光线漫射，从而使光线几乎围绕垂直轴对称（图 6.17a）。在任何特定角度下，来自北方的光线与来自南方的光线相似，		简单的多层结构会产生强烈的反射，但只能在狭窄的角度范围内。在某些蝴蝶（如 Papilio palinurus）中，多层形成小而深的凹坑，直径约为 5μm，这些凹坑既可以从每个凹坑的底部进行单次反射（黄色），也可以从侧面进行双次反射（由于入射角较低而为蓝色）。这种组合产生了一种略带漫射的绿色组合色，可与树叶融合。其他蝴蝶，例如 Parides sesostris，采用三维结构（图 6.16），因为它们可以操纵所有方向的光流，因此可以在宽角度内产生恒定的颜色（P. sesos tris 中为绿色）。在这种情况下，结构由角质层基质中的球形孔组成，排列成菱形格子（Vukusic 和 Sambles 2003）。

	~~并且这或多或少与太阳相对于表面的角度无关。在这种情况下，垂直平面镜变得不可见，因为从它反射的光的强度与穿过它的光的强度相同（图~~ 6.17b）。可以从银色鱼的照片（图 6.18）判断其有效性，这条鱼几乎是看不见的，直到它倾斜出垂直方向并反射来自上方的光线。Lythgoe（1979，图 7.1）展示了一张类似的照片，其中鱼最明显的特征是眼睛的黑色瞳孔。这无法掩饰，因为它必须吸收光线才能使视觉正常运作。潜水员偶尔会报告被一群黑点经过，并对前一天晚上的过度行为感到遗憾。为了使这种反射策略奏效，鱼类必须解决两个问题。首先，鱼的侧面不是平的——它们是凸起的——除非镜子相当精确地平坦，否则伪装技巧就无法奏效。其次，镜子必须是白色的，而不是彩色的，就像由鸟嘌呤和水制成的简单的四分之一波长堆栈一样。丹顿和尼科尔表明，凸起问题得到了最巧妙的处理。虽然大多数鱼的侧面都是凸的，但鱼鳞中的反射片本身是		=== 反射伪装 ===
			镜子还可以具有与显示相反的功能：使动物隐形。在 20 世纪 60 年代的一系列精彩论文中，Denton 和 Nicol 展示了鱼的银色侧面如何提供一种伪装形式，在公海环境中，它们的身体很难被看到（Denton 和 Nicol 1965；Denton 1970）。原理很简单，依赖于这样一个事实：当阳光穿透海面以下时，波浪的折射和散射会使光线漫射，从而使光线几乎围绕垂直轴对称（图 6.17a）。在任何特定角度下，来自北方的光线与来自南方的光线相似，并且这或多或少与太阳相对于表面的角度无关。在这种情况下，<u>垂直平面镜变得不可见，因为从它反射的光的强度与穿过它的光的强度相同</u>（图 6.17b）。可以从银色鱼的照片（图 6.18）判断其有效性，这条鱼几乎是看不见的，直到它倾斜出垂直方向并反射来自上方的光线。Lythgoe（1979，图 7.1）展示了一张类似的照片，其中鱼最明显的特征是眼睛的黑色瞳孔。这无法掩饰，因为它必须吸收光线才能使视觉正常运作。潜水员偶尔会报告看到一群黑点“鱼贯而出”，并对前一天晚上的过度行为感到遗憾（regret the excesses of the previous evening）。

	图 6.17 海水中的反射伪装。（a）在深度超过几十米时，垂直方向周围的光分布变得对称。（b）垂直平面镜在海中变得不可见，因为以任何角度反射的光都具有与穿过的光相同的强度。 (c) 鲱鱼身体周围反射片状体的垂直方向。注意，它们与垂直方向的贴合度远高于与身体表面的贴合度。 (d) 鲱鱼反射鳞片的重叠。每片鳞片都有反射不同 1/~~3 光谱的区域（图 2），当三片鳞片相互重叠时，反射为白色。~~		为了使这种反射策略奏效，鱼类必须解决两个问题。首先，鱼的侧面不是平的——它们是凸起的——除非镜子相当精确地平坦，否则伪装技巧就无法奏效。其次，镜子必须是白色的，而不是彩色的，就像由鸟嘌呤和水制成的简单的四分之一波长堆栈一样。丹顿和尼科尔表明，凸起问题得到了最巧妙的处理。<u>虽然大多数鱼的侧面都是凸的，但鱼鳞中的反射片本身是不平行于身体表面，而是倾斜，因此它们与垂直方向的贴合度更高（图 6.17c）。因此，鱼的侧面在光学上表现为平面垂直镜，与其实际形状无关。</u>

	~~全部基于~~ Denton (1970)。		图 6.17 海水中的反射伪装。（a）在深度超过几十米时，垂直方向周围的光分布变得对称。（b）垂直平面镜在海中变得不可见，因为以任何角度反射的光都具有与穿过的光相同的强度。 (c) 鲱鱼身体周围反射片状体的垂直方向。注意，它们与垂直方向的贴合度远高于与身体表面的贴合度。 (d) 鲱鱼反射鳞片的重叠。每片鳞片都有反射不同 1/3 光谱的区域（图 2），当三片鳞片相互重叠时，反射为白色。全部基于 Denton (1970)。

	~~154~~		如前所述，可以通过改变多层堆栈中各层的厚度来制作白色反射器。在herring和sprat等鱼类中，这是非常巧妙的。在每个鳞片内，多层反射的颜色各不相同，因此各有大约三分之一的鳞片是蓝绿色、红紫色、橙黄色（图 2）。鳞片像屋顶瓦片一样相互重叠，<u>因此在任何一个点上都有三层鳞片，不同颜色的多层鳞片一层叠在另一层之上</u>（图 6.17d；参见 Denton 和 Nicol 1965）。<u>由于多层反射器会透射它们不反射的部分，因此每片鳞片都能反射自己三分之一的光谱，而不会受到其他两片的阻碍。，最终结果是令人印象深刻的白色反射，正如鱼柜台上的显示所证明的那样。只有当银鱼受损或不再那么新鲜时，它们才会失去鳞片并开始变得色彩鲜艳。</u>

	~~不平行于身体表面，而是倾斜，因此它们与垂直方向的贴合度更高（图 6.17c）。因此，鱼的侧面在光学上表现为平面垂直镜，与其实际形状无关。~~		图 6.18 一条银色的鱼（许可证，Trachynotus falcatus）在海中垂直放置（顶部）并倾斜（底部），以便反射来自上方的光。（照片由 Justin Marshall 拍摄。）

	如前所述，可以通过改变多层堆栈中各层的厚度来制作白色反射器。在鲱鱼和鲱鱼等鱼类中，这是非常巧妙的。在每个鳞片内，多层反射的颜色各不相同，因此大约三分之一的鳞片一层是蓝绿色，一层是红紫色，一层是橙黄色（图 2）。鳞片像屋顶瓦片一样相互重叠，因此在任何一个点上都有三层深，不同颜色的多层鳞片一层叠在另一层之上（图 6.17d；参见 Denton 和 Nicol 1965）。由于多层反射器会透射它们不反射的部分，因此每片鳞片都能反射自己三分之一的光谱，而不会受到其他两片的阻碍。图 6.18 一条银色的鱼（许可证，Trachynotus falcatus）在海中垂直放置（顶部）并倾斜（底部），以便反射来自上方的光。（照片由 Justin Marshall 拍摄。）

	~~155~~

	片，最终结果是令人印象深刻的白色反射，正如鱼柜台上的显示所证明的那样。只有当银鱼受损或不再那么新鲜时，它们才会失去鳞片并开始变得色彩鲜艳。

	许多中层水域鱼类、头足类和甲壳类动物的伪装策略的另一个组成部分是“反照明”，其中使用成排的向下发光的发光器（通常也涉及多层反射器）来掩盖从下方直接观察时动物的轮廓（Herring 1994, 2002）。		许多中层水域鱼类、头足类和甲壳类动物的伪装策略的另一个组成部分是“反照明”，其中使用成排的向下发光的发光器（通常也涉及多层反射器）来掩盖从下方直接观察时动物的轮廓（Herring 1994, 2002）。

长河：/* 动物反射器的物理光学 */

2025-03-06T10:38:26Z

动物反射器的物理光学

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长河：创建页面，内容为“镜子似乎不太可能在自然界中找到，因为生物不会自然地产生闪亮的金属，例如银或铝。然而，各种镜子在整个动物界中都发挥着多种功能。我们最熟悉的两种镜子可能是我们在海里或鱼贩柜台上看到的银色的鱼，以及汽车大灯照射下的猫眼。天然镜子不是金属，但通常由折射率高低交替的多层材料制成（例如，昆虫中的空气和几丁质，鱼中的水和…”

2025-03-04T03:36:32Z

创建页面，内容为“镜子似乎不太可能在自然界中找到，因为生物不会自然地产生闪亮的金属，例如银或铝。然而，各种镜子在整个动物界中都发挥着多种功能。我们最熟悉的两种镜子可能是我们在海里或鱼贩柜台上看到的银色的鱼，以及汽车大灯照射下的猫眼。天然镜子不是金属，<u>但通常由折射率高低交替的多层材料制成（例如，昆虫中的空气和几丁质，鱼中的水和…”

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第六章 动物的镜子 - 版本历史

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