这些鸟的羽毛太黑了，你的眼睛无法聚焦

鸟类和航天工程师有什么共同点？两者都发明了极其黑暗的“超黑”表面，可以吸收几乎每一丝照射到它们身上的光线。当然，科学家们是经过精心设计的才发明了这些材料。是进化让鸟类拥有了这一惊人的特性。我的合著者 Teresa Feo、我们的同事 Todd A. Harvey 和 Rick Prum 和我最近研究了地球上一些最奇特的动物的超黑羽毛：天堂鸟。这些华丽的鸟类原产于巴布亚新几内亚及其周边地区。雄鸟颜色鲜艳，交配舞蹈复杂。相比之下，雌鸟则显得单调乏味，呈褐色，在选择配偶之前会仔细观察雄鸟的装饰和舞蹈。我们想更多地了解这些鸟类的超黑羽毛及其工作原理。这些羽毛采用什么机制才能如此有效地吸收光线？

显微镜下最奇特的羽毛

天堂鸟进化出了许多显著的特征，但没有什么比雄鸟天鹅绒般的黑色羽毛更神秘。

这种黑色非常暗，以至于你的眼睛无法聚焦在它的表面；它看起来像一个洞穴，或者太空中模糊的黑洞。通过光学测量，我们发现这些羽毛斑块吸收了高达 99.95% 的直接入射光。这与人造的非常黑的材料相当，例如太阳能电池板、太空望远镜的内衬，甚至是“最黑的黑色”材料：Vantablack，它吸收了 99.96% 的光。

普通羽毛是扁平的，看起来像分形；当你用显微镜放大时，羽毛的每个分支看起来都像一根细小的扁平羽毛。在强大的扫描电子显微镜下，我们惊讶地发现超黑羽毛看起来像微型珊瑚礁、瓶刷或树叶密集的树木。

这些微小、形状特殊的碎片突出，形成锯齿状的复杂表面；它们一起充当微观光阱。当光线照射到这些表面微结构时，它们会反复散射到形状周围并被吸收，而不是反射回观察者。这是一个反复的过程：每次发生散射事件时，一部分光都会被吸收，直到几乎完全被吸收。

人造超黑材料（如“黑硅”）也依赖于科学家所称的结构吸收。与超黑羽毛一样，它们的微观“光阱”是由反复散射光线的粗糙表面形成的，但它们实际使用的表面形状不同。人类工程师设计了间距规则的微观锥体和凹坑，而不是羽毛的瓶刷形状。这些结构黑色的材料几乎没有裸露的平面，与镜子截然相反。

有关动物的更多信息：

天堂鸟的超黑羽毛吸光能力极强，即使我们给它们涂上一层闪亮的金子，它们看起来仍然是黑色的。这是因为羽毛内部的颜色并非通过色素或有序的纳米结构形成的；相反，就像人造黑硅一样，超黑来自物理表面结构。进化和人类的智慧找到了同样的解决方案。

超黑羽毛的优势

但为什么这些鸟身上会有如此深的黑色斑块呢？是什么选择优势导致了这种特征的进化？人们很容易认为超黑有助于伪装，让捕食者远离。事实上，有些蛇有超黑的鳞片，可以模仿树叶间的阴影，帮助它们融入森林地面。蛇的例子说明了自然选择的进化——“适者生存”。

但其他因素也会影响进化的进程，包括随机机会或性选择。正如我的同事里克·普鲁姆在他的新书《美丽的进化：达尔文被遗忘的择偶理论如何塑造动物世界——以及我们》中指出的那样，择偶是推动进化的强大力量。在《天堂鸟》中，超黑的羽毛让雄鸟在雌鸟眼中看起来更美丽。

要理解其中的原因，观察天堂鸟的交配舞蹈会有所帮助。雄性会向雌性大力展示它们的超黑斑块，确保雌性无法从侧面看到它们。这是因为这些羽毛的方向性很强，从正前方看时颜色最深。

而且超黑斑块总是位于亮色斑块周围或旁边。超黑、防反射框架使附近的颜色看起来更亮，几乎发光。换句话说，超黑是一种进化的视觉错觉，它依赖于动物的眼睛和大脑根据环境光调整我们的感知的方式。

在选择配偶的高风险游戏中，一根不够蓝的羽毛就足以让雌性天堂鸟失去兴趣。显然，雌性天堂鸟更喜欢羽毛超黑的雄性。由于雌性会选择最令人印象深刻的雄性进行交配，因此那些耀眼的羽毛基因会传给后代，而被雌性忽视的不那么耀眼的雄性的基因则不会传给后代。性选择推动了超黑羽毛的进化。

进化并不是一个有序、连贯的过程；进化的军备竞赛可以产生巨大的创新。也许这些具有独特微观结构的超黑羽毛最终可以启发人们设计出更好的太阳能电池板或新的纺织品；超黑蝴蝶翅膀已经做到了。进化已经有数百万年的时间可以进行改进；我们仍有许多东西要从它的解决方案中学习。

达科塔·麦考伊 (Dakota McCoy) 是哈佛大学有机体和进化生物学博士生。本文最初发表于 The Conversation。