这种鸟的羽毛像黑洞一样黑

鸟类和航空工程师有什么相似之处？

两者都发明了“超黑”表面，任何靠近这个表面的光都会毫无保留地被吸收，这真是不可思议。

当然，这些材料是科学家故意发明的，鸟类的这一奇怪特征是进化的结果。我最近和本文的另一位作者特蕾莎·菲奥以及我们的同事托德·哈维和里克·波伦一起研究了一些超黑羽毛。这些羽毛来自世界上最奇怪的动物:天堂鸟。

这些美丽的鸟来自新几内亚的巴布亚岛及其周边地区。雄性鸟有鲜艳的羽毛，可以表演复杂的求爱舞蹈。然而，雌鸟的羽毛是棕色的，显得相对单调。在选择配偶时，他们会仔细检查雄鸟的羽毛、颜色和舞蹈。

我们想知道更多关于这些鸟的“超级黑”羽毛以及这些羽毛是如何工作的。这些羽毛能如此有效地吸收光能的原理是什么？

显微镜下，奇怪的羽毛

天堂鸟在进化中获得了许多显著的特征，但没有一种比雄性鸟柔软的黑色羽毛更令人难以置信。

这根羽毛的黑色太深了，以至于你的眼睛无法聚焦在它的表面。它就像一个洞穴，或者太空中模糊的黑洞。

通过光学测量，我们发现这些羽毛斑块吸收高达99.95%的直接入射光。这可与人造的极端黑色材料相媲美，如太阳能电池板、太空望远镜的内壁，甚至是最暗的黑色材料:万能可吸收99.96%的光线。

左图:黑色小脚海葵正常的黑色羽毛。右图:天堂鸟的超黑色羽毛(达科塔·麦卡希)

普通羽毛是扁平的，看起来像分形。当你用显微镜放大它时，你会看到每一根羽毛都像一根细小扁平的羽毛。

通过一台强大的扫描电子显微镜，我们都惊讶地发现，超黑色的羽毛看起来像极小的珊瑚礁、管状刷子或多叶的树木。

这些微小的、特定形状的小东西在一起形成了一个锯齿状的、不平坦的表面，表面布满了微小的陷阱，等待着光的到来。当光线直接入射到这些表面的微结构上时，它们被分散并重新分散在各种陷阱中，最终被吸收，而不是反射回观察者。

这是一个重复的过程:每当散射发生时，光的一部分被吸收并往复运动，直到光几乎完全被吸收。

人造超黑材料如“黑硅”也依赖于光吸收原理，科学家称之为结构吸收。就像超黑羽毛一样，它们微小的“光吸收陷阱”的原理是通过粗糙的表面反复散射光线，但它们实际使用的表面形状与超黑羽毛不同。

与羽毛清洗刷不同，人类工程师设计了大小一致的微型圆锥体和凹坑。与镜子相反，这些黑色结构材料几乎没有暴露的平坦表面。

天堂鸟的羽毛(右)被黄金覆盖时仍然是超级黑的

天堂鸟的超黑羽毛即使被闪亮的金属黄金覆盖，仍能有效地吸收光线，从而保持黑色。

超黑羽毛的这一特性不是由羽毛内部的色素或纳米结构形成的，而是由它的生理表面结构形成的，就像人造黑硅一样。

生物进化符合人类智力。

超级黑羽毛的优势

然而，为什么这些鸟有这样的黑色斑点？选择性的优势是什么，使这一特征得以发展？

人们很容易认为，超黑的颜色可以在一定程度上帮助动物伪装，这样它们就可以避免被捕食者捕食。事实上，有些蛇有着超黑的鳞片，这使得蛇可以将自己伪装成树叶堆中的树叶阴影，从而融入森林深处的地面空间。蛇的例子表明进化是自然淘汰的结果，即“适者生存”

然而，其他因素也会影响进化过程，包括随机选择或淘汰雄性和雌性。我的同事里克·波伦在他的新书《美的进化》中指出，达尔文被遗忘的配偶选择理论是如何塑造动物世界的。择偶是进化的强大力量。

在天堂鸟的世界里，超黑色的羽毛让雄性在雌性眼里看起来更漂亮。

我们必须明白，超黑色的羽毛可以让天堂鸟的求爱之舞更加突出。雄鸟主动向雌鸟展示它们的超黑色斑点，以确保雌鸟很难从它们身上移开视线。

这是因为这些羽毛具有很强的方向性，从正面看它们是最暗的。

此外，超级黑点总是散布在天堂鸟的任何地方，或者是色彩鲜艳的斑点周围。超黑补丁的抗反射结构使它周围的颜色看起来更亮，几乎更亮。

换句话说，超黑色是一种进化出来的视错觉，它源于我们的眼睛和大脑调节我们对周围光线的感知的方式。

在一场绝望的求爱比赛中，一根不够蓝的羽毛足以让一只雄性天堂鸟失去一只雌性天堂鸟的青睐。

显然，天堂鸟更喜欢羽毛超黑的雌性。雌鸟通常会选择最吸引它们交配的雄鸟，所以成千上万只雌鸟喜欢的美丽羽毛的基因可以一代一代地传下去。黑色羽毛较少的雄性鸟通常被雌性忽略，所以它们的基因不会传给下一代。雌雄的淘汰推动了天堂鸟的羽毛向超黑羽毛进化。

进化不是一个有序和连贯的过程。进化军备竞赛可以带来巨大的创新。也许这些具有独特微结构的超黑羽毛最终能激励人类发明更好的太阳能电池板或新纺织品。目前，超级黑蝴蝶的翅膀已经证明了这一点。

几百万年来，进化一直是这样修补的，仍然有许多未知的答案等待我们去探索。

蝌蚪工作人员从科学警报，翻译李，转载必须授权