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生物物理学

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微小的尖峰为天堂鸟提供超级黑羽毛

22 Jan 2018
超级黑色:一只公鸟的天堂支撑他的东西
使用它的超级黑羽毛的雄性鸟的照片使用它的超级黑羽毛试图吸引伴侣

雄性天堂的鸟类具有异常的黑色羽毛,现在美国的研究人员已经解释了羽毛如何能够反射微小的光线。该团队发现一些羽毛具有复杂的结构,可以产生一种散射效果,导致某些条件下光的几乎零反射率 - 给出了“超黑色”外观。研究人员认为,这种黑色羽毛演变为增强求职期间相邻颜色斑块的感知光明(见图)。

天堂鸟在新几内亚和澳大利亚东部的部分地区发现。他们以精心追求的展示,羽毛装饰品和男性的戏剧性着名而闻名。在许多物种中,男性在哑光黑色羽毛旁边具有明亮的羽毛,看起来比其他鸟的黑色着色更暗。

当哈佛大学的研究人员,史密森机构和耶鲁大学闪耀着五种天堂鸟类的博物馆标本时,他们发现这些黑色羽毛具有极低的方向反射率 - 正常发病率,它们仅反映回0.05-0.31%光。相比之下,来自另外两只鸟类的黑羽羽毛,用于比较,方向反射率为3.2-4.7%。这种极低的方向反射率在整个可见范围内延伸。

Microscale Spikes.

扫描电子显微镜和团队完成的高分辨率同步拍摄术透露,这是羽毛微观结构的结果。典型的羽毛有一个中央轴,带有一排倒钩分支。然后较小的栏杆行从倒钩散布出来。在大多数羽毛中,这种结构平坦,一切都在相同的水平面。但是,超黑色的羽毛有杠铃,它被微观尖峰覆盖,它们远离水平面。

研究人员解释说,这些垂直倾斜的弓形阵列产生深,弯曲的腔,导致光的多个散射,导致比普通黑羽的光的结构吸收更大。 达科他麦考尤,来自哈佛大学,告诉 物理世界:“因为它们具有很少的暴露水平表面积,光线在其垂直突出的杠铃内乘以散射。”这些超黑色的羽毛甚至在涂有金色灰尘时保留了黑色外观,而正常的黑色羽毛出现金“。

改进的坯布仅存在于羽毛的暴露的重叠尖端上,而朝向羽毛的底部具有典型的羽毛结构。此外,来自一只天堂鸟类的背面的黑色羽毛,卓越的天堂, Lophorina Superba.没有在显示期间使用的,典型的禁令形态具有典型的禁令形态,并且比超黑色的羽毛更反射。研究人员说,这支持修改后的羽毛已经发展的想法。

进化错觉

当从直线前进时,超黑色的羽毛显得最黑暗,并且在求爱期间显示许多天堂鸟类的男性,以保持自己与女性鸟类之间的特定方向定向。该团队认为,在这些显示器期间,羽毛已经发展,以增强相邻颜色贴片的感知光线,并且改进的羽毛与显示行为结合确保女性鸟类在最暗的状态下观看黑色羽毛。 “这是一种进化的光学错觉,使得相邻颜色显得更加光明,”McCoy解释道。 “实际上,它正在使我们的眼睛和大脑感知颜色‘in the shade’,好像几乎没有灯光照亮它。“

Silvia Vignolini在剑桥大学,表示,重要的是要注意,方向反射率与吸收相同,在她看来“本文报道的黑暗的记录值并不令人印象深刻”。她解释说,如果从正确的角度看,羽毛展示了极端的方向反射率,它们的总反射率并不与所检查的其他物种不同。她补充说,“非常”的黑色,你需要100%从所有角度吸收光。

论文中的数字表明,虽然来自改进的羽毛的光的定向反射率为0.05-0.31%,而来自普通黑羽的3.2-4.7%,其总反射率考虑到所有角度约为3.5%,而4.5-5.5未修饰的羽毛的百分比。

灵感材料

McCoy说,羽毛的结构可能用于为纺织制造,光学仪表或太阳能收集设计新的吸收表面。她补充说:“羽毛是非常耐用的,是由廉价的材料 - 角蛋白制成 - 所以这些羽毛可能是耐用,可伸缩的超黑色表面的模板。” Vignolini也看到了实际应用,称该研究结果有助于改善哑光涂层的抗反射性能。

该研究描述于 自然通信.

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