Bộ lông siêu đen của Birds of Paradise hấp thụ hầu hết mọi ánh sáng cuối cùng chiếu vào chúng. Màu đen này rất tối, mắt bạn có thể tập trung vào bề mặt của nó.
A Bird Bird of Paradise hiển thị bộ lông tốt nhất của mình cho một người bạn đời tiềm năng.
Bởi Dakota McCoy, Đại học Harvard
Các kỹ sư chim và hàng không vũ trụ có điểm gì chung? Cả hai đã phát minh ra các bề mặt siêu đen, cực kỳ đen tối, hấp thụ hầu hết mọi ánh sáng cuối cùng chiếu vào chúng.
Tất nhiên các nhà khoa học đã làm việc có chủ ý để đưa ra các tài liệu này. Sự tiến hóa của nó mang lại đặc điểm tuyệt vời này ở loài chim. Teresa Feo, đồng tác giả chính của tôi, đồng nghiệp của chúng tôi là Todd A. Harvey và Rick Prum và gần đây tôi đã điều tra bộ lông siêu đen ở một số loài động vật kỳ lạ nhất trên trái đất: Chim thiên đường.
Đây là những con chim rực rỡ có nguồn gốc từ Papua New Guinea và các khu vực xung quanh. Con đực có màu sắc rực rỡ, với những điệu nhảy giao phối phức tạp. Con cái, người có màu nâu và nâu so sánh, cẩn thận kiểm tra đồ trang trí và điệu nhảy của con đực trước khi chọn bạn đời của chúng.
Chúng tôi muốn biết thêm về những chú chim này bộ lông siêu đen và cách thức hoạt động của nó. Cơ chế nào để những chiếc lông này sử dụng để có thể hấp thụ ánh sáng rất hiệu quả?
Những chiếc lông siêu đen trên những kẻ này giống như nhìn vào một cái hang tối. Hình ảnh qua Natasha Baucas / Flickr.
Lông vũ kỳ lạ nhất, dưới kính hiển vi
Chim thiên đường đã phát triển nhiều đặc điểm đáng chú ý, nhưng không có gì bí ẩn hơn bộ lông đen mượt của con đực.
Màu đen này tối đến nỗi mắt bạn không thể tập trung vào bề mặt của nó; Nó trông giống như một cái hang, hoặc một lỗ đen mờ trong không gian. Sử dụng các phép đo quang học, chúng tôi thấy rằng các miếng vá lông này hấp thụ tới 99,95% ánh sáng tới trực tiếp. Điều đó có thể so sánh với các vật liệu rất đen do con người tạo ra như các tấm pin mặt trời, lớp lót của kính viễn vọng không gian và thậm chí là vật liệu đen đen nhất của nhà vua: Vantablack, hấp thụ 99,96% ánh sáng.
Ở bên trái, một chiếc lông đen bình thường từ một Melampitta nhỏ hơn. Ở bên phải, một chiếc lông vũ siêu đen từ Paradise rifbird. Hình ảnh qua Dakota McCoy.
Lông bình thường là phẳng, và trông giống như fractals; Khi bạn phóng to bằng kính hiển vi, mỗi nhánh của lông trông giống như một chiếc lông vũ nhỏ, phẳng. Dưới kính hiển vi điện tử quét mạnh mẽ, chúng tôi đã rất ngạc nhiên khi thấy rằng những chiếc lông siêu đen trông giống như những rạn san hô thu nhỏ, bàn chải chai hoặc cây với những chiếc lá được bó chặt.
Những bit nhỏ, hình dạng đặc biệt này dính lên để tạo thành một bề mặt lởm chởm, phức tạp; cùng nhau chúng hoạt động như những cái bẫy ánh sáng siêu nhỏ. Khi các tia sáng tấn công các cấu trúc vi mô bề mặt này, chúng liên tục tán xạ xung quanh các hình dạng và được hấp thụ, thay vì bị phản xạ lại cho người quan sát. Nó có một quá trình lặp đi lặp lại: Mỗi lần xảy ra sự kiện tán xạ, một phần ánh sáng được hấp thụ cho đến khi nó hấp thụ gần như hoàn toàn.
Các vật liệu siêu đen do con người tạo ra, chẳng hạn như silicon đen, cũng dựa vào thứ mà các nhà khoa học gọi là sự hấp thụ cấu trúc. Giống như những chiếc lông siêu đen, bẫy ánh sáng siêu nhỏ của chúng là do một bề mặt gồ ghề làm tán xạ ánh sáng nhiều lần, nhưng hình dạng bề mặt thực tế mà chúng sử dụng thì khác. Thay vì các hình dạng bàn chải chai lông vũ, các kỹ sư của con người được thiết kế thường xuyên đặt các nón và lỗ nhỏ. Hầu như không có bề mặt phẳng lộ ra, những vật liệu có cấu trúc màu đen này đối diện với gương.
Do cấu trúc vi mô khác thường của nó, chiếc lông vũ từ Paradise rifbird (bên phải) vẫn xuất hiện siêu đen khi được phủ vàng, so với một chiếc lông đen thông thường (ở bên trái). Hình ảnh qua Dakota McCoy.
Bộ lông siêu đen của Birds of Paradise, rất tốt trong việc hấp thụ ánh sáng đến nỗi ngay cả khi chúng ta phủ chúng bằng vàng, một kim loại sáng bóng, chúng vẫn trông có màu đen. Điều đó bởi vì nó không phải là bên trong lông tạo ra màu sắc thông qua sắc tố hoặc cấu trúc nano; thay vào đó, giống như silicon đen do con người tạo ra, siêu đen đến từ cấu trúc bề mặt vật lý. Sự tiến hóa và sự khéo léo của con người đã đến cùng một giải pháp.
Ưu điểm của lông siêu đen
Nhưng tại sao những con chim này có những mảng đen tối đến khó tin như vậy? Lợi thế chọn lọc nào đã khiến đặc điểm này phát triển? Nó hấp dẫn khi nghĩ rằng siêu đen bằng cách nào đó giúp ngụy trang, để tránh những kẻ săn mồi. Trên thực tế, một số loài rắn có vảy siêu đen bắt chước bóng giữa các lá, giúp chúng hòa vào sàn rừng. Ví dụ về con rắn minh họa sự tiến hóa bằng cách chọn lọc tự nhiên - Sự sống sót của kẻ mạnh nhất.
Nhưng các yếu tố khác cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình tiến hóa, bao gồm cơ hội ngẫu nhiên hoặc lựa chọn tình dục. Như đồng nghiệp của tôi, Rick Prum đã chỉ ra trong cuốn sách mới của anh ấy The Evolution of Beauty: How Darwin Darwin Quên lý thuyết về sự lựa chọn của Mate Lựa chọn hình thành thế giới động vật - và chúng tôi, sự lựa chọn bạn đời là một động lực mạnh mẽ thúc đẩy sự tiến hóa. Trong Birds of Paradise, bộ lông siêu đen giúp chim đực trông đẹp hơn mắt của con cái.
Một con chim thiên đường tuyệt vời đực thể hiện bộ lông siêu đen và xanh rực rỡ của mình cho một con cái trông giống. Hình ảnh thông qua Ed Scholes.
Để hiểu làm thế nào, nó giúp nhìn vào các điệu nhảy giao phối của Bird of Paradise. Con đực mạnh mẽ hiển thị các mảng siêu đen của chúng cho con cái, đảm bảo rằng con cái có thể có được tầm nhìn từ bên cạnh. Điều này là do những chiếc lông này có tính định hướng cao, và chúng trông tối nhất từ thẳng phía trước.
Và các mảng siêu đen luôn ngồi xung quanh hoặc bên cạnh các mảng màu rực rỡ. Một khung siêu đen, chống phản chiếu làm cho màu sắc gần đó trông sáng hơn, gần như phát sáng. Nói cách khác, siêu đen là một ảo ảnh quang học tiến hóa dựa trên cách mắt và bộ não của động vật điều chỉnh nhận thức của chúng ta dựa trên ánh sáng xung quanh.
Trong trò chơi cổ phần chọn bạn đời, một chiếc lông vũ có màu xanh khá đủ có thể đủ để tắt một con chim thiên đường. Rõ ràng, nữ Chim thiên đường thích con đực với bộ lông siêu đen. Khi con cái chọn những con đực ấn tượng nhất để giao phối, những gen lông rực rỡ đó được truyền lại cho các thế hệ tương lai trong khi gen của những con đực kém lộng lẫy, bị con cái bỏ qua thì không. Lựa chọn tình dục đã thúc đẩy sự tiến hóa về bộ lông siêu đen.
Sự tiến hóa không phải là một quá trình có trật tự, mạch lạc; cuộc đua vũ trang tiến hóa có thể tạo ra sự đổi mới lớn. Có lẽ những chiếc lông siêu đen với cấu trúc kính hiển vi độc đáo của chúng cuối cùng có thể truyền cảm hứng cho các tấm pin mặt trời tốt hơn, hoặc các iles mới; cánh bướm siêu đen đã có. Sự tiến hóa đã có hàng triệu năm để tinker; chúng ta vẫn còn nhiều điều để học hỏi từ các giải pháp của nó.
Dakota McCoy, tiến sĩ Sinh viên ngành Sinh vật học và Sinh vật học, Đại học Harvard
Bài viết này ban đầu được xuất bản trên The Convers. Đọc bài viết gốc.
Điểm mấu chốt: Các nhà khoa học nghiên cứu bộ lông siêu đen của Birds of Paradise.