一项针对深海发光鱼类的新研究显示，这类鱼类体内的特殊晶体结构不仅能反射光线，还能以类似“棱镜”的方式散射和重定向自身发出的光，为未来高效光学与生物医学设备的仿生设计提供了新线索。

深海发光鱼的特殊发光结构

据介绍，大约 75% 的海洋生物具备生物发光能力，体内拥有称为发光器官的专门结构，用于产生光线。这些光线被用于多种行为，包括吸引配偶、诱捕猎物以及干扰或迷惑捕食者。

在发光鱼类中，发光器官周围通常伴随一种由鸟嘌呤构成的晶体结构，被称为鸟嘌呤板层。此前研究表明，这些板层在光的发射过程中发挥关键作用，但其具体光学功能在不同物种间存在差异，包括数量、位置和形态等方面。

针状鸟嘌呤晶体的“棱镜效应”

广岛大学研究员岩坂正和（Masakazu Iwasaka）在最新研究中，以深海发光鱼——深海刺口鱼 Sigmops gracilis 为对象，分析其发光器官表面的光控制机制。他发现，该物种发光器官周围的鸟嘌呤板层呈针状结构，并呈局部聚集分布。

研究显示，这些针状鸟嘌呤晶体并非仅仅像镜面那样反射光线，而是以更复杂的方式对光线进行散射和重定向。岩坂指出，实验中观察到强烈的各向异性反射现象，即反射光会随入射光方向的变化而显著改变，这表明鸟嘌呤晶体在控制光线传播方向方面具有此前未被充分认识的作用。

岩坂表示，早期针对金鱼的研究曾显示，金鱼体内的鸟嘌呤晶体更类似微小镜面，其略微倾斜的排列导致各向异性反射。而在本次研究中，深海刺口鱼的高长宽比针状晶体更接近“棱镜”，能够重定向光线，而不仅是简单反射。其层状排列表现出类似光子晶体的特性。

仿生设计潜力与实验方法

研究团队认为，这种层状鸟嘌呤板层结构为仿生光学设计提供了新思路：不仅可以反射发射光，还可能最大化并回收原本会泄漏的光线，从而提升整体光利用效率。

在实验中，科学家利用电磁铁改变鸟嘌呤晶体的取向，并通过外部光源照射样本，记录不同入射角度下的光散射情况，以分析其光学响应特征。

岩坂表示，在研究船上直接观察深海鱼的经历，使他意识到仅依赖实验室材料难以获得关键认识，这促使其转向以现场观察到的未知现象为基础的仿生研究方向。他认为，尽管深海鱼类样本获取困难，但不同鱼类体内鸟嘌呤结构的多样性，将为仿生学研究提供丰富素材。

研究团队指出，由于这些微小晶体结构在水环境中发挥作用，其光学特性可能对植入式生物医学设备的设计具有参考价值。

研究发表

上述研究成果已发表于本周出版的《Biointerphases》期刊，论文题为《受深海刺口鱼 Sigmops gracilis 发光器官表面鸟嘌呤板层启发的仿生照明增强》（Biomimetic enhancement of illumination inspired by guanine platelets on the light organ surface of the deep-sea fish Sigmops gracilis），作者为 Masakazu Iwasaka 等人，刊号为 Biointerphases 21, 031003，DOI：10.1116/6.0005382。