蜂鸟的野生色彩源于其羽毛中的“充气薄饼”

蜂鸟是鸟类世界中的怪兽。它们是世界上最小的鸟类，每天要吃掉相当于自己体重一半的虫子和花蜜才能生存，它们可以倒飞，而且基本上是微型飞行珠宝。蜂鸟拥有动物界最耀眼的色彩。

“博物馆收藏的蜂鸟中，最引人注目的一点就是，你可以拉开抽屉，所有蜂鸟的喉部或颈甲都会闪闪发光，”芝加哥菲尔德自然历史博物馆研究蜂鸟的进化生物学家查德·埃利亚森 (Chad Eliason) 说。“在合适的角度，可能会出现一个 5 到 10 度的窗口，在那里你可以看到非常明亮的色彩闪光，光线恰到好处。”

为了更好地了解蜂鸟如何实现这种令人瞠目的彩虹色，埃利亚森和他的同事们研究了蜂鸟羽毛中一种名为黑素体的微观反光结构。研究人员发现，蜂鸟的黑素体比其他鸟类的黑素体复杂得多。该团队今天在《进化》杂志上发表了这些发现。

蜂鸟并不是唯一一种会发出彩虹光的鸟类，也就是说，当光线照射到它们的羽毛上时，光线会散射，形成一种根据观察角度而变化的光泽。这种效果与你在油膜、珍珠母和肥皂泡上看到的光泽非常相似。你可以在椋鸟身上看到的微妙光泽、雄性绿头鸭明显的绿色头部，以及热带天堂鸟创造的迷幻表演中找到彩虹光。但据 Eliason 说，与蜂鸟相比，它们就没有那么好了。

在鸟类中，黑色素体是被角蛋白包围的黑色素小包，可以产生这种彩虹色效果。它们存在于称为羽小枝的细丝中，羽小枝从羽毛轴上的主羽枝分支出来，类似于树枝上长出的叶子。人类的头发、皮肤和指甲中都有黑色素和角蛋白，但（遗憾的是）它们无法产生如此绚丽的色彩。

“我们的基本成分与鸟类大致相同，但鸟类却喜欢以不同的方式对这些材料进行分层和结构化，从而以独特的方式与光线互动，”埃利亚森说。

蜂鸟将这种想法发挥到了极致。埃利亚森说，研究人员之前已经发现蜂鸟的黑素体与其他鸟类不同，但大多数研究只集中在一两个物种上。他和他的团队在透射电子显微镜下检查了 34 种不同蜂鸟的羽小枝（包括名字鲜艳的紫剑翅蜂鸟和白尾星额蜂鸟），以确定蜂鸟是否都以相同的方式产生闪闪发光的虹彩。他们发现，与其他动物身上发现的圆木状黑色素颗粒不同，蜂鸟羽小枝中的黑素体扁平成煎饼状，并充满了微小的气泡。这些气泡形成了许多复杂的表面，光线在穿过角蛋白、色素和空气时可以从这些表面反射回来。

不同蜂鸟物种的黑素体厚度、气泡大小以及小羽枝中黑素体堆叠数量等特征各不相同。“有些物种的黑素体可能有 15 层充满气泡的薄饼，”Eliason 说道。

他和同事还通过查阅现有数据库来研究这些颜色特征是如何随时间演变的，该数据库描述了不同蜂鸟物种之间的亲缘关系以及它们在多久以前拥有共同的祖先。他们发现，在蜂鸟羽枝中，角蛋白外层是独立于下面的黑素体进化的。相比之下，在绿头鸭（一群拥有彩虹色翅膀的鸭子，包括绿头鸭）中，这些结构是同时进化的，埃利亚森说。

这表明蜂鸟拥有更大的自由度来进化和微调不同的颜色特征组合。这或许可以解释不同蜂鸟物种拥有的丰富色彩——或者用 Eliason 和他的合著者的话来说，是“爆炸性色彩多样化”。

接下来，研究小组开始研究当不同种类的蜂鸟繁殖时，这些颜色会发生什么变化。

“有一个例子是，两种粉喉蝴蝶交配后，后代的颜色是亮黄色，这完全出乎意料，”埃利亚森说。“我们现在正在研究，是什么不同的颜色特征组合让杂交后代看起来与亲本相比如此奇怪。”