极乐鸟的羽毛没有最黑只有更黑——揭开幻觉演化的黑幕

极乐鸟的歌喉不是鸟类中最好的，但舞蹈一定是鸟类中最令人过目难忘的。大多极乐鸟都有复杂的交配仪式，极乐鸟属（Paradisaea）的物种会使用求偶场交配制度，如华美极乐鸟（Lophorina superba）、掩鼻风鸟属（Ptiloris）、丽色风鸟属（Cicinnurus）和六线风鸟属（Parotia）的物种有着高度仪式化的交配舞。

极乐鸟在求偶炫耀时对色彩的运用简直到了登峰造极的地步，而且它们十分投入，可以不吃不喝的“表演”十几个小时，不过这些表演是间歇性的，每表演一次，雄鸟都要绕着自己的领域巡视一圈，以防其他同性的入侵。

因为雌鸟的喜好不同，它们的舞姿也各不相同，华美极乐鸟雄鸟在求偶时先用叫声召唤雌鸟，当雌鸟落在它的面前时它会张开双翼，形成一张半椭圆形的黑色“幕布”，头顶的蓝色羽片在幕上缩为两个蓝色的点，犹如一对明亮的蓝色眼睛，胸部的蓝色胸盾张开，形成看似一张蓝色的大嘴在微笑，他反复在雌鸟跟前啪啪的跳跃，同时伴随辉绿色的口腔炫耀（如上面的gif图）。

掩鼻风鸟属会上下抖动它黑色浑圆的翅膀，如同展开折扇一般，发出沙沙的声响，同时有力的左右摆动头部，让喉部的亮蓝色的翎领晃动（如上面的gif图）。

雄性大掩鼻风鸟（Lophorina superba）在表演求偶舞蹈时，张开双翼，形成一张半椭圆形的黑色“幕布”。雄鸟就是以这样的姿势在雌鸟面前反复舞蹈，而雌鸟也似乎十分专注雄鸟所展示的图案。

照片提供：Ed Scholes

不过近期一项关于极乐鸟的研究关注点并不是它们狂热的舞蹈，该研究于2018年1月9日发表在《自然通讯》（Nature Communications）杂志上，研究的重点在于这些充当“幕布”的黑色羽毛，它们真的不是一般的黑！！！其吸收光线的能力恐怕连太空望远镜和太阳能电池板都相形见绌。

位于美国华盛顿特区的国家自然历史博物馆的Teresa Feo是这篇论文的共同作者。耶鲁大学的Todd Alan Harvey也是作者之一。这些研究人员表示，雄性大掩鼻风鸟天鹅绒般的黑色羽毛黑得如此“彻底”，以至于会让人产生幻觉，以为其包裹的蓝色羽毛会发出荧光，这一独特的光学效果足以让寻求配偶的雌性“神魂颠倒”。

a-b为没有极黑羽毛的极乐鸟例子，c-g为有极黑羽毛的极乐鸟例子；a.褐翅极乐鸟（Lycocorax pyrrhopterus），b.小黑脚风鸟（Melampitta lugubris）与其它极乐鸟的亲缘关系较近但不存在求偶展示行为，c.公主长尾风鸟（Astrapia stephaniae），d.十二线极乐鸟（Seleucidis melanoleucus），e.大掩鼻风鸟，f.瓦氏六线风鸟（Parotia wahnesi），g.华美极乐鸟。

照片提供：a @Hanom Bashari/Burung Indonesia; b Daniel López-Velasco; c Trans Niugini Tours; d–f Tim Laman; g Ed Scholes。图片来源于论文原文。

对于这种光学效果，McCoy博士解释说：“无论是坐在明亮的阳光下，还是在阴凉处，苹果对我们来说都是红色的，因为所有的脊椎动物的眼睛和大脑都根据环境光线调整了他们对外界颜色的感知。”McCoy说，“以人类视角来看，极乐鸟以其极致黑的羽毛，增加了相邻羽毛斑块颜色的光彩，好比在阴影里的苹果我们也能察觉到它的红色。”

上图中（a-b）黑色和（c-g）超黑色羽毛（带虚线）的反射光谱。可见超黑色羽毛无论是在计算所有反射光（a坐标包含漫反射等）还是只计算定向反射（b坐标）光中，其反射率均低于黑色羽毛。图片来源于论文原文。

那么这种大掩鼻风鸟是如何营造出这种独特的光学效果的呢？这些研究人员使用光学测量的方法得出：这些极黑区域的羽毛能够吸收高达99.95％的直接入射光线（如上图），这一数字可与用于太空望远镜内衬的人造超黑色材料相媲美。而极乐鸟翅膀的微观结构甚至类似于太阳能电池板中用于促进光线吸收的超黑材料。

极黑羽毛表面的显微结构，比例尺为100μm。图片来源于论文原文。

科学家们还使用了显微镜仔细观察了这些羽毛的表面。结果让他们大吃一惊。如果是一片正常的黑色羽毛，它的表面十分平整和光滑，就像是不规则的碎片一样，这样每一片羽毛叠在一起的时候，整体的效果就像是一面镜子，能够反射可见光，于是我们往往看到黑色鸟类的羽毛，有种独特“辉光”的效果（关于这个原理参见以前的推文“色彩斑澜的鸟类是怎样产生的”）。

FRED模拟显示了超黑羽毛的羽小支之间多次散射的射线痕迹。图片来源于论文原文。

而超黑羽毛的表面结构在显微镜下看上去很复杂，就像是茂密的枝条或者试管刷（这大概只有生物🐶才会懂吧）一样（如上上图）。这些结构组成了大掩鼻风鸟的羽毛复杂的表面。这就像一个立体的遮光墙一样，当可见光透射到超黑羽毛表面的时候，羽毛会不停地散射或吸收掉这些光束，只有极少的光反射回去（如上图）。有趣的是，科学家们还做了一个小实验，把这些羽毛的表面镀上金粉，增加羽毛的反射能力，结果它们的“吸光”效果依然卓越，看上去还是黑乎乎的一片（如下图）。

a和c为显微镜下黑色羽毛的微观结构，b和d为超黑羽毛的微观结构，这些羽毛即使在镀金的情况下，羽毛仍然呈现黑色，如d图。图片来源于论文原文。

耶鲁大学生态与演化生物学系的教授、资深作者Richard Prum（2017年度最佳鸟书Top12，之前推荐的The Evolution of Beauty的作者）说： “人类和某些物种在演化道路上有时会殊途同归。”因为这个羽毛所展现出来的效果真是跟那些超黑材料存在惊人的一致性。原耶鲁大学研究生，现哈佛大学生物与演化生物学系的Dakota McCoy博士表示，无论在鸟类和人类的眼中，极致的黑色同其它颜色如果并列展示，共同促成光学错觉。

那么黑色的羽毛有什么好处呢？我们知道黑色往往是一个代表隐蔽和伪装的颜色，因为自然选择使得物种可以在黑色的隐藏下逃脱。从前面的介绍中我们也看到，极乐鸟的黑色羽毛是它们求偶中的必要条件。因为黑色会让雄性看起来更有魅力，与其他颜色的羽毛形成强烈的对比，使亮丽的羽毛特征更加突出，从而确保雌性在“欣赏”雄性展示时只专注于这个幕布营造的迷幻效果。这种效果依靠动物的眼睛和神经系统，产生这“光幻觉”。而雌性则偏好具有超黑色的雄鸟，选择拥有更黑羽毛的雄鸟为伴侣，这样把优（gèng）良（hèi）的性状通过基因传递给自己的后代。于是性选择的力量让物种在求偶时产生了很多意想不到的创新。

值得注意的是，大掩鼻风鸟的那些不参与求偶展示的近缘物种，它们虽然也具有黑色的羽毛，但是其微观结构缺乏极致黑羽毛的特征（如上文提到的小黑脚风鸟等）。研究人员表示这也证明了性选择在演化过程中对于物种分化的重要性。

“性选择产生了一些自然界最显着的特征。” Prum说：“希望材料工程师能够从极乐鸟汲取经验来改善我们人类的科学技术。”

论文原文：
https://www.nature.com/articles/s41467-017-02088-w

编译参考：
https://news.yale.edu/2018/01/09/evolved-illusion-blackest-black-gives-bird-paradise-edge

文章来源：推鸟

编辑：Pierre