极乐鸟酷炫求偶仪式的颜色机制:或带来新超黑材料

　　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）