Blue Shark Dermal Denticles. Credit: Dr. Viktoriia Kamska
Nieuw onderzoek naar de anatomie van blauwe haaien (Prionace Glauca) onthult een unieke nanostructuur in hun huid die hun iconische blauwe kleur produceert, maar intrigerend suggereert ook een potentiële capaciteit voor kleurverandering.
Het onderzoek werd gepresenteerd op de Society for Experimental Biology jaarlijkse conferentie In Antwerpen, België op 9 juli 2025.
“Blue is een van de zeldzaamste kleuren in het dierenrijk, en dieren hebben door evolutie een verscheidenheid aan unieke strategieën ontwikkeld om het te produceren, waardoor deze processen vooral fascinerend worden”, zegt Dr. Viktoriia Kamska, een postdoctoraal onderzoeker in het Lab of Professor Mason Dean aan City University of Hong Kong.
Het team onthulde dat het geheim van de kleur van de haai ligt in de pulpholten van de tandachtige schubben-bekend als dermale denticles-die de huid van de haai panteren.
De belangrijkste kenmerken van dit kleurproducerende mechanisme in de pulpholte zijn guaninekristallen, die fungeren als blauwe reflectoren, naast melanine-bevattende blaasjes genaamd melanosomen, die fungeren als absorbers van andere golflengten.
“Deze componenten zijn verpakt in afzonderlijke cellen, die doen denken aan zakken gevuld met spiegels en zakken met zwarte absorbers, maar in nauwe associatie worden gehouden zodat ze samenwerken”, legt Dr. Kamska uit.
Als gevolg hiervan werkt een pigment (melanine) samen met een gestructureerd materiaal (guanineplanten met specifieke dikte en afstand) om de kleurverzadiging te verbeteren.
“Wanneer je deze materialen samen combineert, creëer je ook een krachtig vermogen om van kleur te produceren en te veranderen”, zegt professor Dean. “Wat fascinerend is, is dat we kleine veranderingen in de cellen die de kristallen bevatten, kunnen waarnemen en kunnen zien en modelleren hoe ze de kleur van het hele organisme beïnvloeden.”
Deze anatomische doorbraak werd mogelijk gemaakt met behulp van een mengsel van dissectie op fijne schaal, optische microscopie, elektronenmicroscopie, spectroscopie en een reeks andere beeldvormingstechnieken om de vorm, functie en architecturale opstellingen van de kleurproducerende nanostructuren te karakteriseren.
“We begonnen te kijken naar kleur op organisme niveau, op de schaal van meters en centimeters, maar structurele kleur wordt bereikt op de nanometerschaal, dus we moeten een reeks verschillende benaderingen gebruiken”, zegt professor Dean.
Het identificeren van de waarschijnlijke daders op nanoschaal achter de blauwe kleur van de haai was slechts een deel van de vergelijking. Dr. Kamska en haar medewerkers gebruikten ook computationele simulaties om te bevestigen welke architecturale parameters van deze nanostructuren verantwoordelijk zijn voor het produceren van de specifieke golflengten van het waargenomen spectrale uiterlijk.
“Het is een uitdaging om structuren op zo’n kleine schaal handmatig te manipuleren, dus deze simulaties zijn ongelooflijk nuttig om te begrijpen welk kleurenpalet beschikbaar is”, zegt Dr. Kamska.
De ontdekking onthult ook dat de handelsmerkkleur van de haai potentieel veranderlijk is door kleine veranderingen in de relatieve afstanden tussen lagen guaninekristallen in de pulpholten van de denticle. Terwijl smallere ruimtes tussen lagen de iconische blues creëren, verschuift deze ruimte de kleur in greens en goud.
Dr. Kamska en haar team hebben aangetoond dat dit structurele mechanisme van kleurverandering kan worden aangedreven door omgevingsfactoren die van invloed zijn op guanine -bloedplaatjesafstand.
“Op deze manier kunnen zeer fijne veranderingen als gevolg van zoiets eenvoudigs als de vochtigheid of waterdrukveranderingen de lichaamskleur veranderen, wat vervolgens vormt hoe het dier camouflages of tegenschilden in zijn natuurlijke omgeving camoufleert”, zegt professor Dean.
Hoe dieper een haai bijvoorbeeld zwemt, hoe meer druk dan hun huid wordt onderworpen en hoe strakker de guaninekristallen waarschijnlijk tegen elkaar zouden worden geduwd – wat de kleur van de haai zou moeten donkerder maken om beter te passen bij de omgeving.
“De volgende stap is om te zien hoe dit mechanisme echt functioneert in haaien die in hun natuurlijke omgeving leven”, zegt Dr. Kamska.
Hoewel dit onderzoek belangrijke nieuwe inzichten biedt in haaienanatomie en evolutie, heeft het ook een sterk potentieel voor bio-geïnspireerde technische toepassingen.
“Niet alleen bieden deze denticles haaien met hydrodynamische en antifoulling -voordelen, maar we hebben nu geconstateerd dat ze ook een rol spelen bij het produceren en misschien ook van kleur veranderen”, zegt professor Dean.
“Zo’n multifunctioneel structureel ontwerp-een mariene oppervlak die kenmerken combineert voor high-speed hydrodynamica en camouflerende optica-voor zover we weten, is nog niet eerder gezien.”
Daarom kan deze ontdekking gevolgen hebben voor het verbeteren van de duurzaamheid van het milieu in de productie -industrie. “Een groot voordeel van structurele kleuring ten opzichte van chemische kleuring is dat het de toxiciteit van materialen vermindert en milieuvervuiling vermindert”, zegt Dr. Kamska.
“Structurele kleur is een hulpmiddel dat veel kan helpen, vooral in mariene omgevingen, waar dynamische blauwe camouflage nuttig zou zijn.”
“Naarmate nanofabricatietools beter worden, creëert dit een speeltuin om te bestuderen hoe structuren leiden tot nieuwe functies”, zegt professor Dean.
“We weten veel over hoe andere vissen kleuren maken, maar haaien en stralen wijken honderden miljoenen jaren geleden af van benige vissen – dus dit is een compleet ander evolutionair pad voor het maken van kleur.”
Geboden door de samenleving voor experimentele biologie