Это похоже на то, насколько это может быть черным?

У птиц и аэрокосмических инженеров есть общее? Оба изобрели невероятно темные «супер-черные» поверхности, которые поглощают почти каждый последний бит света, который поражает их.

Разумеется, ученые намеренно разрабатывали эти материалы. Это эволюция принесла эту удивительную черту птицам. Мой ведущий автор Тереза ​​Фео, наши коллеги Тодд А. Харви и Рик Прум и я недавно исследовали сверхчерные перья у некоторых самых диких животных на Земле: Райские птицы.

Это блистательные птицы, урожденные в Папуа-Новой Гвинее и прилегающих районах. Самцы блестяще окрашены, со сложными спаривающими танцами. Женщины, которые являются серыми и коричневыми в сравнении, тщательно проверяют украшения и танцы мужчин перед тем, как выбрать своего помощника.

Мы хотели узнать больше о супер-черном оперении этих птиц и о том, как это работает. Какой механизм используют эти перья настолько эффективно для поглощения света?

Самые модные перья под микроскопом

Райские птицы развили много замечательных черт, но никто не более таинственен, чем бархатистое черное оперение самцов.

Этот черный настолько темный, что ваши глаза не могут сосредоточиться на его поверхности; это похоже на пещеру или нечеткую черную дыру в космосе. Используя оптические измерения, мы обнаружили, что эти перовые пятна поглощают до 99,95 процента непосредственно падающего света. Это сопоставимо с очень чёрными материалами, такими как солнечные панели, прокладка космических телескопов и даже самый черный черный материал: Vantablack, поглощающий 99,96 процента света.

Обычные перья плоские и выглядят как фракталы; когда вы увеличиваете масштаб с помощью микроскопа, каждая ветвь пера выглядит как крошечное плоское перо. Под мощным сканирующим электронным микроскопом мы были удивлены, увидев, что суперчерные перья выглядят как миниатюрные коралловые рифы, щетки для бутылок или деревья с плотно упакованными листьями.

Эти крошечные, специально сформированные биты торчат вверх, образуя зубчатую, сложную поверхность; вместе они действуют как микроскопические ловушки света. Когда световые лучи ударяют по этим поверхностным микроструктурам, они неоднократно рассеиваются вокруг фигур и поглощаются, а не отражаются обратно на наблюдателя. Это итеративный процесс: каждый раз, когда происходит событие рассеяния, часть света поглощается до тех пор, пока он почти полностью не поглощается.

Искусственные сверхтяжелые материалы, такие как «черный кремний», также зависят от материалов, которые ученые называют структурным поглощением. Как и суперчерновые перья, их микроскопические «ловушки света» обусловлены шероховатой поверхностью, которая рассеивает свет несколько раз, но фактические формы поверхности, которые они используют, различны. Вместо того, чтобы формы бутылочек с перьями, человеческие инженеры разрабатывали регулярно расположенные микроскопические конусы и ямы. С почти без открытой плоской поверхностью эти структурно черные материалы противоположны зеркалу.

БОЛЬШЕ НА ЖИВОТНЫХ:

Суперчерные перья «Птицы рая» настолько хороши в поглощении света, что даже когда мы покрывали их золотом, блестящим металлом, они все еще выглядели черными. Это потому, что это не внутренность пера, делающего цвет через пигмент или упорядоченные наноструктуры; вместо этого, как и с черным кремнием, изготовленным человеком, супер-черный происходит из физической структуры поверхности. Эволюция и человеческая изобретательность пришли к такому же решению.

Преимущества суперчерновых перьев

Но почему у этих птиц такие невероятно темные черные пятна? Какое выборочное преимущество вызвало развитие этой черты? Заманчиво думать, что супер-черный как-то помогает с камуфляжем, чтобы удержать хищников. Фактически, некоторые змеи имеют суперчерновые чешуйки, которые имитируют тени между листьями, помогая им сливаться с лесом.Пример змеи иллюстрирует эволюцию путем естественного отбора — «выживание наиболее приспособленных».

Но другие факторы также могут влиять на ход эволюции, включая случайный шанс или сексуальный отбор. Как отмечает мой коллега Рик Прум в своей новой книге «Эволюция красоты: как забытая теория Дарвина выбора материи формирует мир животных — и нас», выбор матерей — мощная движущая сила эволюции. В «Райских птицах» суперчерновые перья помогают мужчинам-птицам выглядеть более красивыми для женского глаза.

Чтобы понять, как это помогает, взгляните на пляжные райские птицы.Самцы энергично демонстрируют свои супер-черные пятна для женщин, убедившись, что женщины не могут получить вид сбоку. Это потому, что эти перья сильно направлены, и они выглядят самыми темными с самого начала.

И супер-черные пятна всегда сидят вокруг или рядом с блестящими цветовыми пятнами. Супер-черная антибликовая рама делает соседние цвета ярче, почти светящимися. Другими словами, супер-черный является развитой оптической иллюзией, которая основана на том, как животные глаза и мозги корректируют наше восприятие, основанное на окружающем свете.

В игре с высокими ставками при выборе помощника одного пера, который не достаточно синего, может быть достаточно, чтобы выключить женскую Райскую птицу. Ясно, что женщины «Райские птицы» предпочитают мужчин с супер-черным оперением. Поскольку самки выбирают самых впечатляющих мужчин для спаривания, эти ослепительные гены перьев передаются будущим поколениям, в то время как гены менее великолепных мужчин, которых не замечают женщины, не являются. Сексуальный отбор вызвал эволюцию к супер-черному оперению.

Эволюция не является упорядоченным, последовательным процессом;эволюционные гонки вооружений могут привести к большим инновациям.Возможно, эти супер-черные перья с их уникальной микроскопической структурой могут в конечном итоге вдохновить лучшими солнечными батареями или новыми тканями; у супер-черных крыльев бабочки уже есть. Эволюции было миллионы лет, чтобы возиться; нам еще многое предстоит узнать из его решений.

Дакота Маккой является аспирантом в области органической и эволюционной биологии в Гарвардском университете.

Источник: popsci.com  http://nexusrus.com