Биология

Райские птицы тушат свет

Ученые нашли птиц, не отражающих свет

У самцов райских птиц есть сверхчерные перья, не отражающие свет. Они получили эту способность благодаря своему строению, схожему со структурой искусственных светопоглощающих материалов, выяснили ученые. Исследователи считают, что необычные перья появились у райских птиц благодаря половому отбору.

Черные перья райских птиц способны поглощать до 99,95% попадающего на них света, выяснили американские ученые. По их мнению, эта особенность развилась благодаря половому отбору. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Communications.

Большинство райских птиц обитает на Новой Гвинее. Самки обычно имеют невзрачное коричневатое оперение, самцы же обладают яркой и пестрой окраской. Они исполняют перед самками брачные танцы, распуская перья, а самки тщательно изучают окрас самца и следят за его движениями, прежде чем решиться на спаривание.

Механизмы, определяющие окрас птиц, делятся на две категории. К первой относится пигментация, ко второй — структурные особенности перьев, приводящие к преломлению и рассеиванию света. Форма, направление и гладкость бородок и бородочек способна делать оперение блестящим и переливающимся.

Внимание американских биологов под руководством Дакоты Маккой из Гарвардского университета привлекла особенность райских птиц, встречающаяся у самцов практически всех видов — необычайно глубокий черный окрас некоторых перьев, обычно соседствующих с яркими перьями.

Яркая окраска самцов птиц и ее роль в брачных ритуалах хорошо известны. Однако для райских птиц оказалась важна еще и чернота перьев. У некоторых самцов встречаются перья настолько черные, что по способности поглощать свет они соперничают с Vantablack, самым черным веществом в мире. При взгляде на них сложно сфокусироваться на их поверхности — они выглядят как зияющие черные провалы.

Оптический анализ показал, что перья способны поглотить до 99,95% света. Vantablack, для сравнения, способен поглотить до 99,96%.

Даже после того, как исследователи покрыли перья золотистой краской, они остались черными, так как их цвет обусловлен не столько пигментацией, сколько физическими свойствами.

Перья других птиц плоские и напоминают фракталы: каждая бородка пера выглядит как маленькое перышко. Однако черные перья райских птиц строением похожи скорее на щетки для бутылок — бородки образуют сложную зубчатую поверхность, работая как микроскопические ловушки для света. Когда свет падает на перо, то он многократно рассеивается и поглощается, а не отражается. На схожем эффекте основано действие искусственно созданных сверхчерных материалов: они поглощают свет благодаря шероховатой поверхности.

«Эволюция иногда принимает те же решения, что и люди», — говорит профессор Рик Прум, один из авторов исследования.

Чтобы более подробно изучить механизм поглощения света перьями, исследователи создали компьютерную 3D-модель на основе результатов компьютерной томографии перьев. Моделирование показало, что каждый раз, когда луч света падает на перо, та его часть, которая не была поглощена, многократно переотражается от поверхностей бородок. Таким образом, в итоге почти весь свет оказывается поглощен.

В числе причин, по которым у райских птиц могли появиться сверхчерные перья, исследователи называют необходимость прятаться от хищников — так, у некоторых видов змей есть сверхчерные чешуйки, которые позволяют им маскироваться в листве. Однако дело может быть и в половом отборе — не исключено, что очень черные перья привлекают самок. В пользу этой версии говорят брачные танцы. При них самец старается поворачиваться так, чтобы самке не было видно его сбоку — ведь перья выглядят чернее всего, только если смотреть на них прямо. Кроме того, черное оперение обычно сочетается с яркими вкраплениями, подчеркивая их.

«Очевидно, что структурное поглощение света следует рассматривать наряду с пигментацией, как важный элемент, определяющий внешнюю привлекательность особи», — пишут авторы работы.

Интересно, что перья, которые не играли роли в брачных ритуалах, имели обычную структуру и отражали почти 5% света.

«Яблоко кажется нам красным независимо от того, находится оно на свету или в тени, потому что у всех позвоночных глаза и мозг приспособлены к тому, чтобы регулировать восприятие в зависимости от освещения. И цветные перья райских птиц благодаря сверхчерному оперению кажутся нам еще ярче — мы воспринимаем их так, как воспринимали бы яблоко в тени, — приводит пример Дакота Маккой. — Эволюция не упорядоченный последовательный процесс, она способна создавать удивительные новшества. Эти сверхчерные перья и их уникальная структура могут вдохновить людей на создание более совершенных солнечных батарей или новых тканей, как уже сделали сверхчерные крылья бабочек».

Материалы, способные максимально блокировать свет, весьма востребованы. Они нужны, например, для покрытия элементов управления спутников, дефлекторов, абсорберов сверхпроводящих детекторов. Также их можно использовать в коронографах — специальных телескопах, позволяющих наблюдать за солнечной короной вне затмений. Кроме того, светопоглощающие покрытия будут полезны для беспилотных автомобилей — если солнечные лучи ослепляют систему видения, это сказывается на безопасности поездки. Помимо этого, их можно использовать и для увеличения поглощения тепла в материалах, используемых в технологиях по концентрации солнечной энергии и в военной промышленности для создания «температурного камуфляжа».