De supersorte fjer fra Birds of Paradise absorberer næsten hver sidste bit lys, der rammer dem. Denne sorte er så mørk, at dine øjne ikke kan fokusere på dens overflade.
En fremragende fugl af paradis viser sit bedste fjerdragt til en potentiel makker.
Af Dakota McCoy, Harvard University
Hvad har fugle og rumfartsingeniører til fælles? Begge har opfundet utroligt mørke, ”supersorte” overflader, der optager næsten hver sidste bit lys, der rammer dem.
Naturligvis arbejdede forskere med vilje til at udtænke disse materialer. Det er udviklingen, der bragte denne fantastiske egenskab hos fugle. Min co-lead forfatter Teresa Feo, vores kolleger Todd A. Harvey og Rick Prum og jeg undersøgte for nylig de supersorte fjer i nogle af de mest udlandsdyr på jorden: Birds of Paradise.
Dette er lysende fugle, der er hjemmehørende i Papua Ny Guinea og de omkringliggende områder. Hannerne er strålende farvet med komplicerede parringsdanse. Kvinder, der er triste og brune i sammenligning, inspicerer omhyggeligt ornamenter og danser hos mænd, inden de vælger deres makker.
Vi ønskede at vide mere om disse fuglers supersorte fjerdragt, og hvordan det fungerer. Hvilken mekanisme bruger disse fjer for at være så effektive til at absorbere lys?
Supersorte fjer på disse fyre er som at kigge ind i en mørk hule. Billede via Natasha Baucas / Flickr.
Fanciest fjer under mikroskopet
The Birds of Paradise har udviklet mange bemærkelsesværdige træk, men ingen er mere mystiske end hannernes fløjlsagtige sorte fjerdragt.
Denne sorte er så mørk, at dine øjne ikke kan fokusere på dens overflade; det ligner en hule eller et uklar sort hul i rummet. Ved hjælp af optiske målinger fandt vi, at disse fjerlapper absorberer op til 99,95 procent direkte indfaldende lys. Det kan sammenlignes med menneskeskabte meget sorte materialer som solpaneler, foring af rumteleskoper og endda det "sorteste sorte" materiale: Vantablack, der absorberer 99,96 procent af lyset.
Til venstre en normal sort fjer fra en mindre melampitta. Til højre en super-sort fjer fra Paradise Riflebird. Billede via Dakota McCoy.
Normale fjer er flade og ligner fraktaler; Når du zoomer ind ved hjælp af et mikroskop, ser hver gren af fjeret ud som en lille, flad fjer. Under et kraftigt scanningselektronmikroskop blev vi overraskede over at se, at de supersorte fjer ser ud som miniature korallrev, flaskebørster eller træer med tæt pakket blade.
Disse bittesmå, specielt formede bits klæber op og danner en ujævn, kompleks overflade sammen fungerer de som mikroskopiske lysfælder. Når lysstråler rammer disse overflademikrostrukturer, spreder de sig gentagne gange rundt om formerne og absorberes snarere end at blive reflekteret tilbage til en observatør. Det er en iterativ proces: Hver gang en spredningsbegivenhed opstår, absorberes en del af lyset, indtil det næsten er fuldstændigt optaget.
Menneskeskabte supersorte materialer som ”sort silicium” er også afhængige af, hvad materialer forskere kalder strukturel absorption. Ligesom de supersorte fjer skyldes deres mikroskopiske "lette fælder" en grov overflade, der spreder lys gentagne gange, men de faktiske overfladeformer, de bruger, er forskellige. I stedet for fjerens flaskebørsteformer, designede menneskelige ingeniører regelmæssigt fordelt mikroskopiske kegler og grober. Med næsten ingen eksponeret flad overflade er disse strukturelt sorte materialer det modsatte af et spejl.
På grund af sin usædvanlige mikrostruktur forekommer fjederen fra Paradise Riflebird (til højre) stadig supersort, når den er belagt med guld, sammenlignet med en almindelig sort fjer (til venstre). Billede via Dakota McCoy.
Birds of Paradise's supersorte fjer er så gode til at absorbere lys, at selv når vi belagte dem i guld, et skinnende metal, så de stadig sort ud. Det skyldes, at det ikke er indersiden af fjederen, der fremstiller farven via pigment eller bestilte nanostrukturer; I stedet for, som med menneskeskabt sort silicium, kommer supersorte fra den fysiske overfladestruktur. Evolution og menneskelig opfindsomhed kom til den samme løsning.
Fordele ved supersorte fjer
Men hvorfor har disse fugle så utroligt mørke sorte pletter? Hvilken selektiv fordel fik denne egenskab til at udvikle sig? Det er fristende at tro, at supersorte på en eller anden måde hjælper med camouflage, for at holde rovdyr væk. Faktisk har nogle slanger supersorte skalaer, der efterligner skygger mellem blade og hjælper dem med at blande sig ind i skovbunden. Slangeeksemplet illustrerer evolutionen ved naturlig udvælgelse - "overlevelse af de smukkeste."
Men andre faktorer kan også påvirke evolutionens forløb, herunder tilfældig chance eller seksuel udvælgelse. Som min kollega Rick Prum påpeger i sin nye bog "Skønhedsudviklingen: Hvordan Darwins glemte teori om Mate Valg skaber dyreverdenen - og os", er makkers valg en magtfuld kraft, der driver udviklingen. I Birds of Paradise hjælper supersorte fjer mandlige fugle med at se smukkere ud på et kvindes øje.
En mandlig Superb Bird of Paradise viser sin supersorte og strålende blå fjerdragt til en blikkende kvindelig. Billede via Ed Scholes.
For at forstå hvordan det hjælper med at se på Bird of Paradise-parringsdanse. Hannerne viser kraftigt deres supersorte pletter til hunner, og sørger for, at kvinder ikke kan få en visning fra siden. Dette skyldes, at disse fjer er meget retningsbestemte, og de ser mørkest ud lige ud.
Og supersorte patches sidder altid omkring eller ved siden af strålende farveplastre. En supersort, antireflekterende ramme får nærliggende farver til at være lysere, næsten glød. Med andre ord er supersorte en udviklet optisk illusion, der er afhængig af, hvordan dyre øjne og hjerner justerer vores opfattelser baseret på omgivelseslys.
I high-stakes-spillet om at vælge en makker, kunne en enkelt fjer, der ikke er helt blå nok, være nok til at slukke for en kvindelig Bird of Paradise. Naturligvis foretrækker kvindelige fugle af paradis hanner med supersort fjerdragt. Efterhånden som hunnerne vælger de mest imponerende hanner at parre sig med, overføres disse blændende fjergener til fremtidige generationer, mens generne for mindre pragtfulde hanner, der ikke overses af kvinder, er det. Seksuel udvælgelse førte udviklingen mod supersort fjerdragt.
Evolution er ikke en ordnet, sammenhængende proces; evolutionære våbenløb kan producere stor innovation. Måske kan disse supersorte fjer med deres unikke mikroskopiske struktur i sidste ende inspirere til bedre solpaneler eller nye iler; supersorte sommerfuglvinger har allerede. Evolution har haft millioner af år på at tænke; vi har stadig meget at lære af dens løsninger.
Dakota McCoy, Ph.D. Studerende i organismisk og evolutionær biologi, Harvard University
Denne artikel blev oprindeligt offentliggjort på The Conversation. Læs den originale artikel.
Nederste linje: Forskere studerer de supersorte fjer af fuglerne i paradis.