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极乐鸟酷炫求偶仪式的颜色机制或带来新超黑材料_dxb.120ask.com

日期:2018-5-12(原创文章,禁止转载)

普通羽毛(左)与雄性极乐鸟黑色羽毛(右)的结构对比,下方是二者镀金之后的结果,可以看到极乐鸟羽毛依然保持黑色。

新浪科技讯 北京时间2月8日消息,据国外媒体报道,雄性华美极乐鸟(又称华美风鸟,学名:Lophorina superba)能表演世界上最为特别的求偶舞蹈。为了赢得雌鸟的芳心,雄鸟会把双翼展开,组成类似碟形卫星天线的形状,头顶、胸部的蓝色羽毛分别形成两个蓝点和一条蓝色条带。接着,雄鸟围着灰褐色的雌鸟来回跳跃,展示图案,而雌鸟似乎既感到好奇,又有点被吓到。

极乐鸟科(Paradisaeidae)又名天堂鸟、风鸟,有着复杂多样的羽毛和求偶技巧,不过它们还有一个值得注意的共同点:黑色羽毛。乍听之下这似乎没什么特别,但近期发表在《自然-通讯》(Nature Communications)上的一篇论文揭示,这些羽毛能吸收99.95%的光线。换句话说,它们的颜色已经接近纯黑。目前世界上已知最黑的物质是碳纳米管黑体,能吸收最高达99.965%的可见光。

极乐鸟的黑色羽毛之所以能这么黑,原因在于它们呈现出一种混乱森林式的结构。与典型的鸟类北京癫痫医院羽毛不同,雄性极乐鸟的黑色羽毛在结构上更为混乱。典型鸟羽或多或少都有结构整齐的分支,有点像分形图案;而天堂鸟的羽毛看起来则像是一片树枝交错的森林。这会导致羽毛中出现大量的空洞。光线照射在羽毛上面时,会在这些空洞中反复散射,论文第一作者、哈佛大学演化生物学家达科塔麦科伊(Dakota McCoy)说,每一次散射,就会有一小部分光线被吸收,这就是羽毛最后变得如此之黑的原因。

这种机制十分特别,因为人造超黑材料的原理并不是基于混乱,而是基于严格的结构形式。这里需要提到一个有趣的数据:极乐鸟黑色羽毛能吸收99.95%的直接入射光线,即来自正前方的光,也就是雌鸟所站的方位;如果是来自侧面的光线,吸收数值更可能是96.86%。

这就是所谓的结构性吸收,与色素在动物界中的作用模式有着本质的不同。例如,鹦鹉羽毛上的色素能吸收特定波长的光,同时反射其他波长的光,从而表现出色彩。相比之下,极乐鸟的极黑羽毛在结构性吸收上的特点则是让光线在丛林结构中一直反弹,不断被吸收。

雄性极乐鸟在羽毛结构上的这种变化有着非常合重庆较好癫痫病重点医院理的原因:性。让我们回到华美极乐鸟的求偶舞蹈上。这种蓝黑色小鸟的双翼张开时就如同一张黑色幕布,将蓝色圆点和条带凸显得异常鲜艳。这些蓝色也是一种结构性颜色,只不过不是结构性吸收,而是结构性反射。因此,在不同的角度,可以看到蓝色光泽的变化。与黑色羽毛一样,这些蓝色羽毛的颜色机制也与反射或吸收不同波长光线的色素不同。

我们认为,这些羽毛的全部意义就在于欺骗雌鸟的眼睛和大脑,使它觉得照亮雄鸟的光线要比实际情况少很多,麦科伊说,因此在它眼中,世界就变成一个极黑的背景,中间出现鲜明的蓝点,这个点看起来要比实际更亮,甚至亮得像会发光。蓝色的点和条带甚至可能看起来就像悬浮在空中一样。

精致的求偶舞蹈与骄傲无关,而是性选择的结果。雄鸟之所以这么卖力表演,是因为雌鸟对交配对象十分挑剔。关于这种行为的演化一直是存在争议的问题,但很可能在很久以前,雄性极乐鸟的美丽羽毛就成为了健康的标志,象征没有寄生虫的侵扰。雌鸟对羽毛华丽雄性的挑选,无意中引发了一场军备竞赛,雄鸟的表演变得越来越华丽、夸张。因此,到了今天,具有极黑色和亮蓝色羽毛的雄鸟可成都治疗癫痫病首选医院能并不一定更加健康,而可能只是在虚张声势。这也能解释为什么雌鸟的羽毛颜色会如此单调,极黑的羽毛并不是适应特征比如能在黑夜里更好地伪装,否则两种性别的鸟应该都会如此酷炫才对。

有趣的是,为什么我们在其他鸟类身上看不到这样的羽毛结构?毕竟,从某种意义上,能吸收几乎所有光线意味着可以隐形了。可能是因为这会影响羽毛的防水能力,也可能长出这样的羽毛代价更高,加州科学院鸟类和哺乳动物部负责人杰克邓巴彻(Jack Dumbacher)说,肯定存在某种缺点。可能这些羽毛的磨损更快,需要更经常进行补充。

不过,显而易见的是,演化出极黑的羽毛已经为雄性极乐鸟带来了好处,而人类也可以从中得到启发。麦科伊和她的团队利用扫描电子显微镜对这些羽毛进行了成像,发现用这种技术,电子束往往会使样品带上静电,导致图像质量变差。因此,他们必须首先对羽毛进行处理。

我们用金来喷涂羽毛,使其可以在显微电镜下进行观察,麦科伊说,但我们很惊奇地发现,即使整个表面镀上了一层5纳米厚的金,羽毛看起来仍然是黑色的。看起来,这些极黑的羽毛不会轻易褪色。

对材料科学领域来说,这或许是一个重大消息。在实验室中制造超黑材料是基于整齐的光散射比如在材料表面整齐地放置许多微小的圆锥体。如果说极乐鸟的黑色羽毛是混乱无章的重金属音乐,那人工超黑材料就是精确而优雅的古典音乐。因此,材料科学家或许能从这种混乱中获得灵感,利用角蛋白(组成羽毛,以及我们的头发和指甲的主要物质)研制出新治疗癫痫病的特效方法型的超黑材料,特别是考虑到目前常规的超黑材料往往十分脆弱。

羽毛其实非常坚韧,它们很难折断,而且它们是由非常廉价的物质组成的,麦科伊说,因此,如果我们能够用3D打印或其他简单低廉的方式来制造这样的材料,我想会非常有用。(任天)

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