Frontiers for Young Minds

Frontiers for Young Minds
תפריט
תגלית חדשה פורסם: 3 במרץ, 2020

דג הזוהר באור פלואורסצנטי אדום בעומק הים הכחול

תַקצִיר

מתחת לפני הים הכול נראה כחול כי המים בולעים את כל האור האדום ולא את האור הכחול. פירושו של דבר, שדגים לא ממש יכולים להיות צבעוניים שם למטה. למרות זאת, יש דגים שנדמה כי הם עושים את הבלתי אפשרי – אף שכל האור הוא כחול, צבעם אדום זוהר! לדגים אלה יש צבעים פְלוּאוֹרֶסְצֶנְטִיים מיוחדים הבולעים את האור הכחול, ובמקום זאת מחזירים אור אדום. אבל מדוע? גילינו שלוש סיבות שונות לכך שצבע הדגים פלואורסצנטי אדום. חלק מהם משתמשים בצבעים פלואורסצנטיים אדומים לשם הסוואה, כדי שיוכלו להתגנב אל המזון שלהם. דגים אחרים משתמשים בצבע זה כפנס אדום זוהר, כדי לראות טוב יותר את המזון שלהם. יש דגים שמציגים לראווה את הסנפירים שצבעם פלואורסצנטי אדום לפני בני זוג אפשריים. אני מקווה שאם תגלו כמה יפים דגים אלה, הדבר יעורר אתכם לעזור להגן על הדגים המדהימים האלה ועל האוקיאנוס שבו הם חיים.

מדוע האוקיאנוס כחול?

האם תהיתם אי פעם מדוע מים בכוס הם שקופים, בעוד שֶמֵּי האוקיאנוס נראים כחולים? האוקיאנוס נראה כחול כי יש בו מים רבים כל כך. האור הלבן מהשמש הוא למעשה תערובת של אור אדום, ירוק וכחול; אתם יכולים לראות זאת בכל פעם שאתם רואים קשת בענן. כשאור השמש עובר דרך מים, החלק האדום של האור נבלע על-ידי מולקולות המים, אבל לא כך החלק הכחול של האור. בליעה זו של האור האדום על-ידי מולקולות המים דומה לאופן שבו מולקולות של פִּיגְמֶנְט בחולצה כחולה בולעות אור אדום וירוק, ומחזירות אור כחול שאותו אתם יכולים לראות. כך, במים עמוקים כמו מי האוקיאנוס, בסופו של דבר רק האור הכחול מוחזר מהמים לעיניים שלכם [1].

אבל, איך זה נראה מתחת לפני המים? ובכן, שם קורה בדיוק אותו הדבר. על פני המים, למשל כאשר אתם הולכים לצלול עם שְׁנוֹרְקֶל בשוּנית אלמוגים טְרוֹפִּית, אתם יכולים לראות צבעים רבים. האור הלבן אינו צריך לחדור דרך מים רבים בפני השטח, כלומר האדום אינו נבלע לחלוטין במים הרדודים. אם תיקחו עימכם תפוח אדום בזמן צלילת שנורקל, הוא עדיין ייראה אדום כמֶטֶר מתחת לפני המים, כי הוא עדיין יכול להחזיר אור אדום לעיניים שלכם (איור 1A).

איור 1 - (A) חיי הים נראים צבעוניים מאוד קרוב לשטח הַפָּנִים.
  • איור 1 - (A) חיי הים נראים צבעוניים מאוד קרוב לשטח הַפָּנִים.
  • אם תיקחו עימכם תפוח לצלילה, הוא ייראה אדום (כרגיל). (B) כאשר אתם צוללים לעומק של כעשרים מטר הכול ייראה כחול, לכם או לדגים שחיים שם, אפילו תפוח אדום. תמונות הרקע צולמו על-ידי ד“ר מליסה מדווס בעומקים של כחצי מטר וכעשרים מטר, ללא שינוי תיקוני צבע. תפוחים הוּספוּ על גבי התמונות האלה כדי להמחיש כיצד אור אדום נבלע על-ידי מים.

אבל, מה קורה אם אתם צוללים לעומק? ככל שאתם הולכים ומעמיקים, הצבעים מתחילים להיעלם, ככל שהם נבלעים על-ידי כל מולקולות המים המצויות ביניכם ובין השמש. תחילה, אינכם רואים כלל את הצבע האדום, אחר כך נעלמים הכתום והצהוב, ולבסוף, אם תצללו ממש עמוק, אז ייעלם גם הירוק. עד שתגיעו לעומק של כעשרים מטר, הכול ייראה כחול. עכשיו התפוח שלכם ייראה כחול-אפור מגעיל (איור 1B)! זהו עדיין תפוח אדום, אבל שם למטה אין אור אדום שיכול להיות מוחזר אל העיניים שלכם. גם דגים אדומים נראים בצבע כחול-אפור... אלא אם כן הדג אינו סתם בצבע אדום רגיל, אלא אדום פלואורסצנטי!

איך ייתכן שדג אדום יהיה אדום בעומק הים הכחול?

דג פלואורסצנטי נשמע כמעט כמו משהו קסום. אין אור אדום בחלק העמוק יותר של השוּנית, ומשמעות הדבר היא שרוב הדגים הרגילים יכולים להיראות רק בצבע כחלחל או שחרחר. אבל, דג פלואורסצנטי אדום נוצץ בצבע אדום בוהק על רקע כל הכחול הכהה. האם מדובר בקסם... או במדע?

ניחשתם נכון – מדע! צבעים פלואורסצנטיים הם מיוחדים מאוד. ייתכן שראיתם פְלוּאוֹרֶסְצֶנְטִיּוּת לפני כן, אם אי פעם ראיתם כְּרָזוֹת הזוהרות באור אולטרה סגול (UV) או צבעים הזוהרים באור UV. צבעים פלואורסצנטיים נראים זוהרים כי הם בולעים צבע אחד של האור ומחזירים צבע אחר. הדבר נובע מהאופן שבו מולקולות הפיגמנט (הצבע) משחררות אנרגיה מהאור שבלעו. כאשר מולקולה של פיגמנט בולעת אנרגיית אור, היא בדרך כלל משחררת לאט את האנרגיה בצוּרת חום. במקום זאת, מולקולה פלואורסצנטית משחררת חלק מאנרגיית האור שהיא בולעת בצורת אור חדש, שהאנרגיה שלו נמוכה יותר מזו של האור שנבלע. פיגמנטים רגילים פשוט אינם יכולים לעשות זאת – הם יכולים רק להחזיר צבעים של אור שכבר מצויים בסביבתם. לכן, צבעים פלואורסצנטיים נראים מדהים, והם קצת כמו פלא.

זוכרים כיצד הכול נראה כחול בעומק של כעשרים מטר מתחת לפני הים? כמו כרזות UV חיות, דגים פלואורסצנטיים בולעים את האור הכחול הזה, ואז מחזירים אור אדום. דג החי במים כחולים יותר ועמוקים יותר ייראה אפילו אדום פלואורסצנטי זוהר יותר [2]. מאז 2008 גילו ביולוגים ימיים מאות דגי אוקיאנוס פלואורסצנטיים [34]. אבל, עד היום לא ידענו הרבה על הסיבה לכך שדגים אלה הם פלואורסצנטיים. במחקר חדש בחנו את היתרונות שדגים עשויים להפיק מכך שצבעם אדום פלואורסצנטי.

מדוע דגים הם פלואורסצנטיים?

ישנן סיבות רבות לכך שלבעלי חיים יש צבעים מסוימים. היו לנו כמה רעיונות המציעים הסבר אפשרי לכך שעל סוגי דגים מסוימים יש דוגמאות בצבע אדום פלואורסצנטי, כולל שלוש ההשׁערות הבאות:

  1. הַשְׁעָרָה 1: הַסְוָאָה? ראשית, ייתכן שדגים משתמשים באור פלואורסצנטי אדום כדי להתמזג עם רקעים אדומים פלואורסצנטיים, כלומר להסוֹות את עצמם. סוגים מסוימים של אצות, שעליהן יושבים דגים, זוהרות בצבע פלואורסצנטי אדום. כמו חייל הלובש בגדי הסוואה, הנחנו שסביר יותר להניח כי על דגים שאוהבים לשבת ולחכות לטֶרֶף שלהם (בעלי החיים שהם אוכלים) בלי להיראות, יהיו דוגמאות פלואורסצנטיות בלתי אחידוֹת, הנראות כמו רקע האצות שעליהן הדגים נמצאים.
  2. השערה 2: עיני פנס אדומות? שנית, ייתכן כי דגים שיש להם עיניים פלואורסצנטיות משתמשים בעיניים שלהם בתור פנסים אדומים, כדי להאיר על הטרף שלהם. לכמה בעלי חיים זעירים המשמשים טרף יש עיניים בוהקות מאוד. פנס אדום בסביבה כחולה יגרום לעיני הטרף לבלוט! הנחנו שסביר יותר להניח כי לדגים הניזונים מטרף זעיר זה שעיניו בוהקות יהיו עיניים פלואורסצנטיות, לעומת דגים אחרים שניזונים מטרף אחר.
  3. השערה 3: הצגה לראווה? שלישית, ייתכן כי דגים משתמשים בסנפירים שצבעם פלואורסצנטי אדום בוהק כדי להציג את עצמם לראווה לפני בני זוג אפשריים. דגים רבים עורכים מִפְגָּן של סנפירים צבעוניים, שאותם הם מנופפים כמו דגלים האומרים: ”שימו לב אליי‘¡ האם סנפירים שצבעם אדום פלואורסצנטי בוהק הם דרך נהדרת לקבל תשומת לב, על רקע הים הכחול? אם כך הדבר, סביר יותר להניח כי למינֵי דגים שבהם אפשר להבחין בהבדלים בין נקבה (בת) לזכר (בן) יש סנפירים פלואורסצנטיים.

איך חקרנו פלואורסצנטיות בדגים?

כדי לגלות אם דגים משתמשים בפלואורסצנטיות לְשֵׁם הסוואה, כפנסים אדומים או לשם הצגה לראווה, חיפשנו פלואורסצנטיות אדומה ב־665 מינים שונים של דגים. אחר כך, צילמנו בעזרת אור כחול את הדגים הפלואורסצנטיים, בדיוק כאילו היו בעומק הים. כך יכולנו לראות בקלות את הפלואורסצנטיות האדומה, ולומר עבור כל סוג של דג אם יש לו עיניים פלואורסצנטיות, דוגמאות הסוואה פלואורסצנטיות או סנפירים פלואורסצנטיים (איור 2). אדם אחר, שאינו יודע אלה דגים הם פלואורסצנטיים, חיפש בספרים כדי ללמוד יותר על האקוֹלוֹגיה של דגים אלו. אקולוגיה היא יחסי הגומלין של בעלי חיים עם סביבתם או בינם ובין עצמם. עבור כל דג, בדקנו אם הוא מסוג הדגים הטורפים היושבים ומחכים לטרף או טורפים השוחים בחופשיות, אוכלים טרף זעיר שעיניו זוהרות, או שיש עליהם דוגמאות המאפשרות לבני אדם להבדיל בין הזכרים לנקבות.

איור 2 - (A-C) אפשר להשתמש בעיניים פלואורסצנטיות אדומות כפנסים אדומים כדי לראות ביֶתֶר קלוּת טרף שעיניו זוהרות; (D, E) אפשר להשתמש בסנפירים פלואורסצנטיים כדי להיות מוצגים לראווה לפני בני זוג אפשריים; (F, G) אפשר להשתמש בדוגמאות בצבע פלואורסצנטי אדום לצורך הסוואה וכדי להתחבא מהטרף על רקע פלואורסצנטי אדום של אצות, של אלמוגים או של ספוֹגים.
  • איור 2 - (A-C) אפשר להשתמש בעיניים פלואורסצנטיות אדומות כפנסים אדומים כדי לראות ביֶתֶר קלוּת טרף שעיניו זוהרות; (D, E) אפשר להשתמש בסנפירים פלואורסצנטיים כדי להיות מוצגים לראווה לפני בני זוג אפשריים; (F, G) אפשר להשתמש בדוגמאות בצבע פלואורסצנטי אדום לצורך הסוואה וכדי להתחבא מהטרף על רקע פלואורסצנטי אדום של אצות, של אלמוגים או של ספוֹגים.
  • התמונות צולמו על-ידי ד”ר ניקו מיכיאליס במאמר המקור. כל התמונות כאן צולמו באור כחול כדי שאפשר יהיה לראות את הפלואורסצנטיות. כדי לראות תמונות של דגים פלואורסצנטיים באור פלואורסצנטי ולא-פלואורסצנטי, גשו למאמר שכתבו מדווס ועמיתיה [2].

מה גילינו?

גילינו כי צבעם של 272 מתוך 665 הדגים שחקרנו הוא פלואורסצנטי אדום, כלומר יש הרבה מאוד דגים פלואורסצנטיים שמדענים לא ידעו על קיומם. יש לכך חשיבוּת, כי משמעות הדבר היא שלמעשה לא מדובר בסוג צבע נדיר של דגים. גילינו כי דגים רבים משתמשים בפלואורסצנטיות כדי להיות אדומים בחלקים העמוקים של האוקיאנוס. ללא שימוש בצבעים פלואורסצנטיים לא יתאפשר להם להיות אדומים בעומק של כעשרים מטר מתחת לפני המים. זהו סוג צבע שהתגלה לאחרונה, וחשוב שמדענים אחרים יבינו אותו אם הם רוצים לדעת על יחסי הגומלין של הדגים עם הסביבה שלהם או בינם ובין עצמם.

השערה 1: הסוואה? רק במעט מסוגי הדגים השוחים במים כדי לתפוס טרף ראינו דוגמאות פלואורסצנטיות היכולות לְשַׁמֵּשׁ להסוואה. לעומת זאת, על יותר מ־70% מהדגים הנמצאים על קרקעית האוקיאנוס ומחכים ללכוד טרף תמים יש דוגמאות פלואורסצנטיות של הסוואה, דבר הַמְּאַשֵּׁשׁ את השערה 1 (איור 3A). לעיתים קרובות נראים דגים שעליהם דוגמאות פלואורסצנטיות של הסוואה על דברים פלואורסצנטיים כגון אלמוגים, ספוגים ואצות. כאשר הם נמצאים על רקע פלואורסצנטי, דגים אלה משתמשים בפלואורסצנטיות שלהם כדי להתמזג בסביבתם ולהתחבא מהטרף שלהם. הם פשוט מחכים שהטרף שלהם יתקרב ואז זוללים אותו!

איור 3 - תוצאות.
  • איור 3 - תוצאות.
  • (A) האם טורפים שמחכים על הקרקעית משתמשים בפלואורסצנטיות לצורך הסוואה? בגרף מוצג אחוז הדגים שעל גופם דוגמאות פלואורסצנטיות אדומות, והם טורפים ששוחים בחופשיות או טורפים המחכים על הקרקעית. יש יותר טורפים המחכים על הקרקעית שעל גופם דוגמאות פלואורסצנטיות אדומות, מאשר על גופם של טורפים חופשיים, דבר המאשש את ההשערה שדוגמאות פלואורסצנטיות אדומות משמשות להסוואה; (B) האם דגים משתמשים בפנסים פלואורסצנטיים אדומים כדי למצוא טרף זעיר שעיניו זוהרות? אחוז הדגים שעיניהם פלואורסצנטיות אדומות הניזונים מטרף חסר עיניים או מטרף שעיניו זוהרות. יש יותר דגים שעיניהם פלואורסצנטיות אדומות הניזונים מטרף זעיר שעיניו זוהרות, מאשר בדגים הניזונים מטרף ללא עיניים, דבר המאשש את ההשערה שהם משתמשים בעיניים הפלואורסצנטיות שלהם כדי להאיר את העיניים הזוהרות של הטרף שלהם; (C) האם לדגים שבהם הנקבה והזכר נראים שונה יש סנפירים פלואורסצנטיים? אחוז הדגים שסנפיריהם פלואורסצנטיים שבהם אפשר להבחין בין זכרים לנקבות או שבהם הזכרים והנקבות נראים אותו הדבר. יש יותר דגים שסנפיריהם פלואורסצנטיים שבהם יש הבדלים בין הזכרים לנקבות, מאשר דגים שבהם הזכרים והנקבות נראים אותו דבר, דבר המאשש את ההשערה שהם משתמשים בסנפירים הפלואורסצנטיים שלהם כדי להציג את עצמם לראווה לפני בני זוג אפשריים. את האיור ציירה ד"ר מליסה מדווס, בהתבסס על נתונים ממאמר המקור.

השערה 2: עיני פנס אדומות? בערך ל־75% מהדגים שניזונים מטרף זעיר שעיניו זוהרות יש עיניים בצבע פלואורסצנטי אדום, עובדה שמאששת את השערה 2. לְפַּחוֹת מ־50% מהדגים הניזונים מטרף שאין לו כלל עיניים יש עיניים בצבע פלואורסצנטי אדום (איור 3B). משמעות הדבר היא שסביר להניח כי עיניים בצבע פלואורסצנטי אדום באמת משמשות כפנסים! דגים פלואורסצנטיים אדומים מאירים את העיניים הזוהרות של הטרף שלהם כדי שיוכלו לראות את העיניים של הטרף שלהם זוהרות בצבע אדום על הרקע הכחול.

דגים ממש מגניבים, הנקראים “דגי פָּנָס”, עושים פחות או יותר את אותו דבר, אבל לא בעזרת פלואורסצנטיות אלא בעזרת אוֹרוּת ביולוגית (בִּיּוֹלוּמִינֵסֶנְצִיָּיה). לדגי פנס יש מֵעֵין שקיות מתחת לעיניהם, שמייצרות אור, תוך שימוש בתגובות כימיות. הדבר פועל בדיוק כמו אצל הגחליליות שאולי תפסתם בחצר ביתכם בקיץ. דגי פנס יכולים להאיר לְשֵׁם תקשורת בלילה.

השערה 3: הצגה לראווה? בערך ל־85% ממיני הדגים שבהם ישנם הבדלים ברורים בין זכרים לנקבות יש סנפירים בצבע פלואורסצנטי אדום, דבר המאשש את השערה 3. במיני דגים שבהם הנקבות והזכרים נראים אותו הדבר, יש סנפירים פלואורסצנטיים בפחות מ־50% מהדגים (איור 3C). משמעות הדבר היא שסנפירים פלואורסצנטיים אדומים כנראה משמשים בדגים רבים כדי לְסַמֵּן אם הם זכרים או נקבות. אפשר יהיה לראות ממש בקלות את הסנפירים הצבעוניים הבוהקים האלה על רקע המים הכחולים בעומק של כעשרים מטר. איזו דרך נהדרת להציג את עצמם לראווה לפני בני זוג אפשריים! אפשר גם להזיז את הסנפירים למעלה ולמטה, וכך הדגים יכולים להחביא את הדגלים האדומים שלהם כאשר טורפים נמצאים בסביבה.

מדוע יש חשיבות לדגים פלואורסצנטיים אדומים?

אני חושבת שזה ממש מגניב שדגים יכולים להיות צבעוניים, אף כי במבט ראשון נראה בלתי אפשרי ליצור את הצבעים. הם יכולים להיות אדומים, אף שכֹּל האור בסביבה שבה הם חיים הוא כחול. עבור ביולוגים ימיים כמוני, זהו דבר מדהים. אני מקווה שקצת יותר יֶדַע על יופיים הרב של דגים אלה ועל הצבע האדום הפלואורסצנטי המדהים הזה יעורר את הילדים, את הוריהם ואת מוריהם לאהוב את האוקיאנוס עוד יותר. אנא הצטרפו אליי ואל ביולוגים ימיים אחרים בעבודתנו, שמטרתה לְשַׁמֵּר את המערכת האקולוגית הזו ואת כל מגוון החיים שבה. נוסף על כך לעולם אין לדעת אלה תגליות יהיו שימושיות למין האנושי, בסופו של דבר. פיגמנטים פלואורסצנטיים ממדוזה משמשים כיום כדי לראות חלקים שונים בתאים; כדי לאבחן מחלות ואפילו כדי ליצור חלק ממסכי הטלוויזיה. יום אחד עשויים הפיגמנטים הפלואורסצנטיים בדגים להיות חשובים ברפואה או בתחומים אחרים.

מילון מונחים

פיגמנט (Pigment): מולקולה שבולעת חלק מצבעי האור ומחזירה צבעים אחרים.

פלואורסצנטיות (Fluorescence): כאשר פיגמנט בולע צבע אחד של האור ואז מחזיר צבע שונה של האור.

הסוואה (Camouflage): כאשר משהו מתמזג ברקע שלו, דבר הַמַּקְשֶׁה לראותו.

אקולוגיה (Ecology): אופן יחסי הגומלין של יצור חי עם סביבתו, ובינו ובין יצורים חיים אחרים.

אוֹרוּת ביולוגית (Bioluminescence): כאשר יצור חי מייצר אור מִשֶּׁל עצמו בעזרת תגובות כימיות.

הצהרת ניגוד אינטרסים

המחברים מצהירים כי המחקר נערך בהעדר כל קשר מסחרי או פיננסי שיכול להתפרש כניגוד אינטרסים פוטנציאלי.


מאמר המקור

Anthes, N., Theobald, J., Gerlach, T., Meadows, M. G., and Michiels, N. K. 2016. Diversity and ecological correlates of red fluorescence in marine fishes. Front. Ecol. Evol. 4:126. doi: 10.3389/fevo.2016.00126


מקורות

[1] Jerlov, N. G. 1968. Optical Oceanography. New York, NY: Elsevier.

[2] Meadows, M. G., Anthes, N., Dangelmayer, S., Alwany, M. A., Gerlach, T., Schulte, G., et al. 2014. Red fluorescence increases with depth in reef fishes, supporting a visual function, not UV protection. Proc. R. Soc. B Biol. Sci. 281:20141211. doi: 10.1098/rspb.2014.1211

[3] Michiels, N. L., Anthes, N., Hart, N. S., Herler, J., Meixner, A. J., Schleifenbaum, F., et al. 2008. Red fluorescence in reef fish: a novel signaling mechanism? BMC Ecol. 8:16. doi: 10.1186/1472-6785-8-16

[4] Sparks, J. S., Schelly, R. C., Smith, W. L., Davis, M. P., Tchernov, D., Pieribone, V. A., et al. 2014. The covert world of fish biofluorescence: a phylogenetically widespread and phenotypically variable phenomenon. PLoS ONE. 9:e83259. doi: 10.1371/journal.pone.0083259