Американские биологи обнаружили, что перья некоторых райских птиц с черной окраской поглощают больше света, чем остальные. Этот эффект связан с тем, что такие сверхчерные перья, в отличие от обычных черных перьев, имеют дополнительную микротекстуру на поверхности бородочек, сообщают ученые в статье в Nature Communications.

Для создания окраски тела животные (например, насекомые или птицы) обычно используют два основных механизма. Первый способ — это использование пигментов, которые поглощают определенную часть видимого спектра, отражая остальную и создавая таким образом окраску. Другим способом создания окраски является механизм структурного поглощения света: за счет наличия шероховатостей на поверхности крыла насекомых или пера птицы свет может многократно отражаться и рассеивается, практически не отражаясь обратно в сторону источника света. В результате такого подхода можно контролировать коэффициент отражения и температуру тела и получать окраску, очень близкую к абсолютно черному. Подобный механизм используется, например, черными бабочками.

Американские биологи под руководством Дакоты Маккой (Dakota E. McCoy) из Гарвардского университета показали, что подобный механизм поглощения света характерен и для некоторых видов из семейства райских птиц (Paradisaeidae) с черными перьями. Ученые исследовали структуру и светоотражающие свойства перьев птиц семи видов птиц с помощью спектрометрии, и обнаружили, что для пяти из этих семи видов райских птиц — щитоносной (Ptiloris paradiseus), нитчатой (Seleucidis melanoleucus) и чудной (Lophorina superba) райских птиц, а также астрапии принцессы Стефании (Astrapia stephaniae) и ванесовой паротии (Parotia wahnesi) — характерно наличие «сверхчерных» перьев, которые отражают в противоположном направлении всего от 0,05 до 0,31 процента падающего на них света. При этом у двух других видов — райской вороны (Lycocorax pyrrhopterus) и малого черного флейтиста (Melampitta lugubris) — были обычные черные перья, которые отражали в противоположном направлении от 3 до 5 процентов падающего света.

Чтобы объяснить этот эффект, ученые сравнили структуру обычных черных перьев с найденными сверхчерными перьями с помощью сканирующей электронной микроскопии и синхротронной томографии высокого разрешения. Оказалась, что структура обоих видов перьев традиционно состояла из стержня и отходящих от него бородок, которые в свою очередь разделялись на бородочки. Однако если у простого черного пера бородочки имели абсолютно гладкую поверхность, то у сверхчерного пера райских птиц на них можно было увидеть множество дополнительных разветвлений, которые создавали на их поверхности дополнительную микротекстру.

Микрофотографии бородок крыла райской вороны (Lycocorax pyrrhopterus, слева) и ванесовой паротии (Parotia wahnesi, справа). Длина масштабной линейки — 200 микрон. Dakota E. McCoy et al./ Nature Communications, 2018

Такая сложная разветвленная структура приводит к тому, что тот свет, который попал на перо, но не поглотился сразу, переотражается и попадает на другую поверхность бородки, получая возможность поглотиться вновь. В результате многократных переотражений удается поглотить практически весь попавший на поверхность пера свет.

Чтобы подтвердить подобный механизм рассеяния света, ученые провели компьютерное моделирование возможного распространения пучка света после его попадания на такое перо с очень разветвленной структурой. Данные о геометрии пера, полученные экспериментально, авторы работы использовали в качестве граничных условий для компьютерной модели. Хорошего количественного согласия удалось добиться лишь для четырех случаев из семи, однако качественно результаты моделирования подтвердили механизм рассеяния света для всех перьев с разветвленной структурой.

Ученые отмечают, что для полного понимания механизма структурного поглощения света на перьях птиц, необходимы дополнительные исследования, однако уже сейчас понятно, что такой механизм может являться очень важным способом придания птицам нужной окраски.

Стоит отметить, что микро- и нанотекстура на поверхности крыльев птиц и насекомых может способствовать не только полному поглощению света. Так, если поверхность состоит из отражающего вещества, а не поглощающего, то многократное переотражение на нанотекстуре приводит к тому, что свет просто не отражается обратно, полностью рассеиваясь, что помогает использовать такие текстуры, например, для маскировки.

Автиор: Александр Дубов