鸟类和航空航天工程师有什么共同点？两者都发明了极其黑暗的“超级黑”表面，它们几乎吸收所有击中它们的最后一点光。当然，科学家们是有意地开发这些材料的。是进化带来了鸟类这种惊人的特质。我的联合主要作者Teresa Feo、我们的同事Todd A. Harvey和Rick Prum以及我最近研究了地球上一些最奇特动物——极乐鸟的超级黑羽毛。这些鸟原产于巴布亚新几内亚及周边地区，色彩斑斓。雄性色彩鲜艳，拥有复杂的求偶舞蹈。相比之下，雌性则朴素而棕色，仔细检查雄性的装饰和舞蹈，然后再选择配偶。我们想更多地了解这些鸟的超级黑羽毛及其工作原理。这些羽毛采用了什么机制来如此有效地吸收光线？
显微镜下的最华丽羽毛
极乐鸟进化出了许多 remarkable 的特质，但没有比雄性天鹅绒般的黑羽毛更神秘的了。
这种黑色如此之深，以至于你的眼睛无法聚焦在其表面；它看起来像一个洞穴，或太空中一个模糊的黑洞。通过光学测量，我们发现这些羽毛区域吸收高达99.95%的直射光。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99.96%的光。
普通羽毛是平坦的，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微小的、平坦的羽毛。在强大的扫描电子显微镜下，我们惊讶地发现，超级黑羽毛看起来像微型的珊瑚礁、瓶刷或长满紧密叶子的树。
这些微小、特殊形状的结构直立形成一个锯齿状、复杂的表面；它们共同作用，成为微观的光陷阱。当光线照射到这些表面微观结构上时，它们会在形状之间反复散射并被吸收，而不是反射回观察者。这是一个迭代过程：每次发生散射事件，一部分光就会被吸收，直到几乎完全吸收。
人造超级黑材料，如“黑硅”，也依赖于材料科学家所谓的结构吸收。与超级黑羽毛一样，它们的微观“光陷阱”是由于粗糙的表面反复散射光线，但它们使用的实际表面形状不同。而不是羽毛的瓶刷形状，人类工程师设计了规则间隔的微观锥体和凹坑。由于几乎没有暴露的平坦表面，这些结构黑材料与镜子恰恰相反。
更多关于动物的内容
极乐鸟的超级黑羽毛吸收光线的能力如此之强，以至于即使我们用闪亮的金属金涂覆它们，它们仍然看起来是黑色的。这是因为羽毛的颜色不是通过色素或有序的纳米结构使其内部产生颜色；相反，就像人造黑硅一样，超级黑来自于物理表面结构。进化和人类的创造力殊途同归，达到了相同的解决方案。
超级黑羽毛的优势
但为什么这些鸟有如此暗黑的斑块？是什么选择优势导致了这种特质的进化？人们很容易认为超级黑在某种程度上有助于伪装，以避开捕食者。事实上，一些蛇有超级黑的鳞片，模拟叶子之间的阴影，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”。
但其他因素也可以影响进化的进程，包括随机机会或性选择。正如我的同事Rick Prum在他的新书《美的进化：达尔文被遗忘的配偶选择理论如何塑造动物世界——以及我们》中所指出的，配偶选择是驱动进化的强大力量。在极乐鸟中，超级黑羽毛有助于雄性鸟类在雌性眼中看起来更美丽。
为了理解这一点，看看极乐鸟的求偶舞蹈会很有帮助。雄性会剧烈地向雌性展示它们的超级黑斑块，确保雌性从侧面无法看到。这是因为这些羽毛是高度定向的，从正面看最黑。
而超级黑斑块总是位于鲜艳颜色斑块的周围或旁边。一个超级黑、抗反射的框架使得附近的颜色看起来更明亮，几乎发光。换句话说，超级黑是一种进化而来的光学错觉，它利用了动物的眼睛和大脑根据环境光线调整我们感知的原理。
在选择配偶的高风险游戏中，一根不够蓝的羽毛可能就足以让一只雌性极乐鸟反感。显然，雌性极乐鸟更喜欢拥有超级黑羽毛的雄性。当雌性选择最令人印象深刻的雄性进行交配时，那些炫目的羽毛基因会传给后代，而那些被雌性忽视的不那么耀眼的雄性的基因则不会。性选择推动了向超级黑羽毛的进化。
进化不是一个有序、连贯的过程；进化军备竞赛可以产生伟大的创新。也许这些具有独特微观结构的超级黑羽毛最终会启发更好的太阳能电池板，或新的纺织品；超级黑蝴蝶翅膀已经做到了。进化已经有数百万年的时间进行调整；我们仍然可以从它的解决方案中学到很多。
Dakota McCoy是哈佛大学有机体和进化生物学博士生。这篇文章最初发布在The Conversation上。
