極樂鳥酷炫求偶儀式的顏色機制：或帶來新超黑材料

極樂鳥酷炫求偶儀式的顏色機制

普通羽毛（左）與雄性極樂鳥黑色羽毛（右）的結構對比，下方是二者鍍金之後的結果，可以看到極樂鳥羽毛依然保持黑色。

極樂鳥科（Paradisaeidae）又名天堂鳥、風鳥，有著複雜多樣的羽毛和求偶技巧，不過它們還有一個值得注意的共同點：黑色羽毛。乍聽之下這似乎沒什麼特別，但近期發表在《自然-通訊》（Nature Communications）上的一篇論文揭示，這些羽毛能吸收99.95%的光線。換句話說，它們的顏色已經接近純黑。目前世界上已知最黑的物質是碳納米管黑體，能吸收最高達99.965%的可見光。

極樂鳥的黑色羽毛之所以能這麼「黑」，原因在於它們呈現出一種「混亂森林」式的結構。與典型的鳥類羽毛不同，雄性極樂鳥的黑色羽毛在結構上更為混亂。典型鳥羽或多或少都有結構整齊的分支，有點像分形圖案；而天堂鳥的羽毛看起來則像是一片樹枝交錯的森林。這會導致羽毛中出現大量的空洞。「光線照射在羽毛上面時，會在這些空洞中反覆散射，」論文第一作者、哈佛大學演化生物學家達科塔·麥科伊（Dakota McCoy）說，「每一次散射，就會有一小部分光線被吸收，這就是羽毛最後變得如此之黑的原因。」

這種機制十分特別，因為人造超黑材料的原理並不是基於混亂，而是基於嚴格的結構形式。這裡需要提到一個有趣的數據：極樂鳥黑色羽毛能吸收99.95%的直接入射光線，即來自正前方的光，也就是雌鳥所站的方位；如果是來自側面的光線，吸收數值更可能是96.86%。

這就是所謂的結構性吸收，與色素在動物界中的作用模式有著本質的不同。例如，鸚鵡羽毛上的色素能吸收特定波長的光，同時反射其他波長的光，從而表現出色彩。相比之下，極樂鳥的極黑羽毛在結構性吸收上的特點則是讓光線在「叢林」結構中一直「反彈」，不斷被吸收。

雄性極樂鳥在羽毛結構上的這種變化有著非常合理的原因：性。讓我們回到華美極樂鳥的求偶舞蹈上。這種藍黑色小鳥的雙翼張開時就如同一張黑色幕布，將藍色圓點和條帶凸顯得異常鮮艷。這些藍色也是一種結構性顏色，只不過不是結構性吸收，而是結構性反射。因此，在不同的角度，可以看到藍色光澤的變化。與黑色羽毛一樣，這些藍色羽毛的顏色機制也與反射或吸收不同波長光線的色素不同。

「我們認為，這些羽毛的全部意義就在於欺騙雌鳥的眼睛和大腦，使它覺得照亮雄鳥的光線要比實際情況少很多，」麥科伊說，「因此在它眼中，世界就變成一個極黑的背景，中間出現鮮明的藍點，這個點看起來要比實際更亮，甚至亮得像會發光。」藍色的點和條帶甚至可能看起來就像懸浮在空中一樣。

精緻的求偶舞蹈與驕傲無關，而是性選擇的結果。雄鳥之所以這麼賣力表演，是因為雌鳥對交配對象十分挑剔。關於這種行為的演化一直是存在爭議的問題，但很可能在很久以前，雄性極樂鳥的美麗羽毛就成為了健康的標誌，象徵沒有寄生蟲的侵擾。雌鳥對羽毛華麗雄性的挑選，無意中引發了一場「軍備競賽」，雄鳥的表演變得越來越華麗、誇張。因此，到了今天，具有極黑色和亮藍色羽毛的雄鳥可能並不一定更加健康，而可能只是在虛張聲勢。這也能解釋為什麼雌鳥的羽毛顏色會如此單調，極黑的羽毛並不是適應特徵——比如能在黑夜裡更好地偽裝，否則兩種性別的鳥應該都會如此酷炫才對。

有趣的是，為什麼我們在其他鳥類身上看不到這樣的羽毛結構？畢竟，從某種意義上，能吸收幾乎所有光線意味著可以隱形了。「可能是因為這會影響羽毛的防水能力，也可能長出這樣的羽毛代價更高，」加州科學院鳥類和哺乳動物部負責人傑克·鄧巴徹（Jack Dumbacher）說，「肯定存在某種缺點。可能這些羽毛的磨損更快，需要更經常進行補充。」

不過，顯而易見的是，演化出極黑的羽毛已經為雄性極樂鳥帶來了好處，而人類也可以從中得到啟發。麥科伊和她的團隊利用掃描電子顯微鏡對這些羽毛進行了成像，發現用這種技術，電子束往往會使樣品帶上靜電，導致圖像質量變差。因此，他們必須首先對羽毛進行處理。

「我們用金來噴塗羽毛，使其可以在顯微電鏡下進行觀察，」麥科伊說，「但我們很驚奇地發現，即使整個表面鍍上了一層5納米厚的金，羽毛看起來仍然是黑色的。」看起來，這些極黑的羽毛不會輕易褪色。

對材料科學領域來說，這或許是一個重大消息。在實驗室中製造超黑材料是基於整齊的光散射——比如在材料表面整齊地放置許多微小的圓錐體。如果說極樂鳥的黑色羽毛是混亂無章的重金屬音樂，那人工超黑材料就是精確而優雅的古典音樂。因此，材料科學家或許能從這種混亂中獲得靈感，利用角蛋白（組成羽毛，以及我們的頭髮和指甲的主要物質）研製出新型的超黑材料，特別是考慮到目前常規的超黑材料往往十分脆弱。

「羽毛其實非常堅韌，它們很難折斷，而且它們是由非常廉價的物質組成的，」麥科伊說，「因此，如果我們能夠用3D列印或其他簡單低廉的方式來製造這樣的材料，我想會非常有用。」（任天）

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