世界上最黑的鳥羽毛能吸收99.95%的光
極樂鳥以雄性獨特的求偶表演而聞名,在求偶的季節,它們會展開翅膀,擋在雌性的前面,不停地展示自己,就像是影視作品中的流氓欺負弱女子一樣。很多人可能認為,雄性極樂鳥是在用舞姿來迷倒雌性,但有研究發現,它們其實是在調整角度來讓自己的羽毛看起來更黑。
這種鳥的羽毛是目前自然界尋找到的最黑物質,它們如何實現這種黑,以及這種黑到底為何進化的都相當有趣。
極樂鳥的羽毛到底有多黑?
「黑」指的是材料對可見光的吸收情況,它吸收了越多可見光,我們看起來就會越黑。
我們平時使用的黑色顏料最多可吸收約97.5%的可見光。
不過透過改變黑色表面的結構,可以更好的吸收可見光,那些得到應用的超黑表面通常可吸收直接照射到其上的99.6%的可見光。
極樂鳥的羽毛可吸收99.95%的可見光,如果你看它們的角度合適的話,它們看起來會像是一個黑色空洞一樣。
不過,這羽毛並不是已知最黑的材料,人類目前打造出最黑材料的極限能夠吸收99.96%的可見光,這種材料叫做Vantablack。
圖:Vantablack
這種羽毛的黑色如何實現?
顏色有結構顏色和真實顏色之分,我們平常看到那些擁有炫彩甲殼的昆蟲,它們身上的五顏六色通常是材料結構造成的。
黑色也是一樣的,它可以是物質本身吸收光從而變得很黑,也可以透過結構來吸收更多的光線,看起來很黑。
對於生物而言,通常是透過黑色素沉澱來讓自己看起來更黑,但是色素所能達到的黑非常有限,所以雄性極樂鳥羽毛的黑也是透過材料結構實現的。
實際上,我們前面提到最黑材料Vantablack,也是一種結構色,與極樂鳥的羽毛的微觀結構有許多相似之處。
一根典型的鳥類羽毛由一系列位於同一平面內的扁平分枝組成,中央一個粗的羽軸,上面佈滿了更小的羽枝,然後羽枝上又有更小的羽小枝——這些羽小枝有助於將羽毛編織成扁平的反射結構。
在電子顯微鏡下,普通黑色羽毛和極樂鳥的超黑羽毛在結構上是一樣的,只有當檢測到更微小的結構細節時,才能發現不同。
上圖左邊這個就是普通黑色羽毛,它像巨大的棕櫚葉一樣,而極樂鳥的超黑羽毛看起來則像杉樹葉一樣——微羽毛的結構非常密集(這增加了表面積)且彎曲。
當光照射在超黑羽毛上時,光子就會散落在內部,無法逃脫,彎曲密集的結構有助於困住光子。
一旦光子被困在那裡,它就會在這個彎曲的微羽毛中不斷反彈,每次反彈都會減少光子的能量,直到光子完全消失。
這就是為什麼雄性極樂鳥的羽毛看起來如此之黑,不過極樂鳥不是唯一利用結構色來讓自己變得更黑的動物,已知至少還有金裳鳳蝶和西非加蓬蝰蛇。
不過,所有這些動物變黑的材料結構都是不同的,雄性極樂鳥在變黑這點上,結構優於其它動物,所以它最黑。
為什麼極樂鳥要這麼黑?
實際上,這些動物不僅變黑的結構有所不同,它們變黑的目的也是不同的,金裳鳳蝶變黑的目的是為了更好地收集太陽輻射,蝰蛇則將其用於偽裝。
而我們的主角──極樂鳥是為了吸引異性。
關於極樂鳥是最黑的動物,相關研究是在2018年發表的,研究人員也同時解釋了他們變黑的選擇壓力──就是雌性的性選擇。
我們開頭提到過,雄性極樂鳥在求偶時的舞蹈是為了讓自己看起來更黑,這是因為結構色的方向性很強,只有在特定的方向才能達到最好的效果。
至於為什麼要展示自己的黑?
研究人員認為,黑確實沒啥好展示的,極樂鳥的目的為了用黑來突出它們胸前那片色彩鮮豔的羽毛斑塊。
脊椎動物擁有色彩校正機制,讓我們在不同光線下也能看到相同的顏色。
舉個例子,一個紅色的蘋果,你在太陽光下看它是紅色的,在陰暗的角落看起來也會是紅色的,而實際上在不同環境中蘋果反射光的波長是不一樣的,我們正是透過色彩校正機制才看到一樣的顏色。
然而,這種機制也會造成一些感覺或認知偏差,也就是會產生視錯覺,例如當我們看到一個黑色的東西時,我們的感知就非常容易誇大它相鄰色塊的亮度。
極樂鳥其實擁有兩種黑色羽毛,一種就是普通的黑色羽毛,位於它們的背部,還有一種就是那些超黑的羽毛,全部位於它們彩色斑塊邊上。
所以,即便性選擇造就了這種自然界最黑的物質現在還只是一個推測,但它是有一定道理的。
極樂鳥透過讓這些羽毛變得足夠黑,能夠更好得展示,得到雌性青睞,而當這些擁有更黑羽毛的雄性更有機會傳承基因時,這些羽毛變得越來越黑。
圖:左邊是普通黑色羽毛,右邊是結構色超黑羽毛,塗上薄塗層後,超黑羽毛依然是黑色
最後
這種超黑材料的研究具有一定意義的,因為一些科技領域需要應用到這些材料,例如望遠鏡、太陽能板等就需要用到超黑的材料,這樣可以更好的捕獲光。
雖然,Vantablack是目前已知最黑的材料,但是它的造價非常昂貴,或許透過仿生極樂鳥的超黑羽毛,可以降低成本。
最後還有一點值得一提,如果你平常出門不知道穿什麼衣服出門的話,拿酒選擇穿黑色的吧,這同樣也可以讓你容光煥發,就像極樂鳥跳舞時展示的那樣。