Die superschwarzen Federn von Birds of Paradise absorbieren fast jedes Licht, das auf sie fällt. Dieses Schwarz ist so dunkel, dass Ihre Augen sich nicht auf seine Oberfläche konzentrieren können.
Ein großartiger Paradiesvogel zeigt einem potenziellen Partner sein bestes Gefieder.
Von Dakota McCoy, Harvard University
Was haben Vögel und Luft- und Raumfahrtingenieure gemeinsam? Beide haben unglaublich dunkle, „superschwarze“ Oberflächen erfunden, die fast das gesamte Licht absorbieren, das auf sie fällt.
Natürlich haben Wissenschaftler absichtlich daran gearbeitet, diese Materialien zu entwickeln. Es ist die Evolution, die dieses erstaunliche Merkmal bei Vögeln hervorgebracht hat. Meine Co-Hauptautorin Teresa Feo, unsere Kollegen Todd A. Harvey und Rick Prum und ich haben kürzlich die superschwarzen Federn einiger der ausgefallensten Tiere der Welt untersucht: Die Paradiesvögel.
Dies sind prächtige Vögel, die in Papua-Neuguinea und Umgebung heimisch sind. Die Männchen sind brillant gefärbt und haben komplizierte Paarungstänze. Frauen, die eintönig und braun im Vergleich sind, überprüfen sorgfältig die Ornamente und Tänze von Männern, bevor sie ihren Partner wählen.
Wir wollten mehr über das superschwarze Gefieder dieser Vögel wissen und wie es funktioniert. Welchen Mechanismus setzen diese Federn ein, um Licht so effektiv zu absorbieren?
Superschwarze Federn an diesen Typen sind wie ein Blick in eine dunkle Höhle. Bild über Natasha Baucas / Flickr.
Fantasievollste Federn unter dem Mikroskop
Die Paradiesvögel haben viele bemerkenswerte Merkmale entwickelt, aber keines ist mysteriöser als das samtig schwarze Gefieder der Männchen.
Dieses Schwarz ist so dunkel, dass sich Ihre Augen nicht auf seine Oberfläche konzentrieren können. es sieht aus wie eine Höhle oder ein verschwommenes schwarzes Loch im Weltall. Bei optischen Messungen haben wir festgestellt, dass diese Federfelder bis zu 99,95 Prozent des direkt einfallenden Lichts absorbieren. Dies ist vergleichbar mit von Menschen hergestellten, sehr schwarzen Materialien wie Sonnenkollektoren, der Auskleidung von Weltraumteleskopen und sogar dem „schwärzesten schwarzen“ Material: Vantablack, das 99,96 Prozent des Lichts absorbiert.
Links eine normale schwarze Feder aus einer Kleinen Melampitta. Rechts eine superschwarze Feder aus dem Paradise Riflebird. Bild über Dakota McCoy.
Normale Federn sind flach und sehen aus wie Fraktale. Wenn Sie mit einem Mikroskop hineinzoomen, sieht jeder Zweig der Feder aus wie eine winzige, flache Feder. Unter einem leistungsstarken Rasterelektronenmikroskop stellten wir überrascht fest, dass die superschwarzen Federn wie Miniaturkorallenriffe, Flaschenbürsten oder Bäume mit dicht gepackten Blättern aussehen.
Diese winzigen, speziell geformten Teile haften aneinander und bilden eine gezackte, komplexe Oberfläche. zusammen wirken sie als mikroskopische Lichtfallen. Wenn Lichtstrahlen auf diese Oberflächenmikrostrukturen treffen, streuen sie wiederholt um die Formen und werden absorbiert, anstatt von einem Betrachter zurückgeworfen zu werden. Es ist ein iterativer Prozess: Jedes Mal, wenn ein Streuungsereignis auftritt, wird ein Teil des Lichts absorbiert, bis es fast vollständig absorbiert ist.
Vom Menschen hergestellte superschwarze Materialien wie „schwarzes Silizium“ sind auch auf das angewiesen, was Materialwissenschaftler als strukturelle Absorption bezeichnen. Wie die superschwarzen Federn sind ihre mikroskopischen „Lichtfallen“ auf eine raue Oberfläche zurückzuführen, die das Licht wiederholt streut, aber die tatsächlichen Oberflächenformen, die sie verwenden, sind unterschiedlich. Anstelle der Flaschenbürstenform der Federn konstruierten die menschlichen Ingenieure regelmäßig angeordnete mikroskopische Kegel und Vertiefungen. Diese strukturschwarzen Materialien haben fast keine freiliegende flache Oberfläche und sind das Gegenteil eines Spiegels.
Aufgrund seiner ungewöhnlichen Mikrostruktur erscheint die Feder des Paradise Riflebird (rechts) im Vergleich zu einer normalen schwarzen Feder (links) immer noch superschwarz, wenn sie mit Gold beschichtet ist. Bild über Dakota McCoy.
Die superschwarzen Federn der Paradiesvögel absorbieren so gut Licht, dass sie auch dann noch schwarz aussehen, wenn wir sie mit Gold, einem glänzenden Metall, überziehen. Das liegt daran, dass es nicht das Innere der Feder ist, das die Farbe über Pigmente oder geordnete Nanostrukturen erzeugt. Stattdessen kommt das Superschwarz wie bei künstlich hergestelltem schwarzem Silizium von der physikalischen Oberflächenstruktur. Evolution und menschlicher Einfallsreichtum kamen zu derselben Lösung.
Vorteile von superschwarzen Federn
Aber warum haben diese Vögel so unglaublich dunkle schwarze Flecken? Welcher selektive Vorteil führte zur Entwicklung dieses Merkmals? Es ist verlockend zu glauben, dass Superschwarz irgendwie bei der Tarnung hilft, um Raubtiere fernzuhalten. Tatsächlich haben einige Schlangen superschwarze Schuppen, die Schatten zwischen den Blättern imitieren und ihnen helfen, sich in den Waldboden einzufügen. Das Schlangenbeispiel veranschaulicht die Evolution durch natürliche Auslese - „Überleben der Stärkeren“.
Aber auch andere Faktoren können den Verlauf der Evolution beeinflussen, einschließlich zufälliger Zufälle oder sexueller Selektion. Wie mein Kollege Rick Prum in seinem neuen Buch "Die Evolution der Schönheit: Wie Darwins vergessene Theorie der Partnerwahl die Tierwelt und uns prägt" ausführt, ist die Partnerwahl eine kraftvolle Kraft, die die Evolution antreibt. In Birds of Paradise sorgen super-schwarze Federn dafür, dass männliche Vögel für ein weibliches Auge schöner aussehen.
Ein männlicher Superb Bird of Paradise zeigt einem schauenden Weibchen sein superschwarzes und strahlend blaues Gefieder. Bild über Ed Scholes.
Um zu verstehen, wie, hilft es, Bird of Paradise Paarungstänze zu betrachten. Die Männchen zeigen den Weibchen energisch ihre superschwarzen Flecken an und stellen so sicher, dass die Weibchen keine Sicht von der Seite haben. Dies liegt daran, dass diese Federn stark gerichtet sind und von geradeaus am dunkelsten aussehen.
Und superschwarze Flecken sitzen immer um oder neben brillanten Farbflecken. Ein superschwarzer, entspiegelter Rahmen lässt nahe gelegene Farben heller und fast leuchtender erscheinen. Mit anderen Worten, Superschwarz ist eine weiterentwickelte optische Täuschung, die sich darauf stützt, wie Tieraugen und Gehirn unsere Wahrnehmung basierend auf dem Umgebungslicht anpassen.
Im High Stakes-Spiel um die Auswahl eines Partners könnte eine einzelne Feder, die nicht ganz blau genug ist, ausreichen, um eine Paradiesvogel-Frau auszuschalten. Natürlich bevorzugen weibliche Paradiesvögel Männchen mit superschwarzem Gefieder. Während die Weibchen die beeindruckendsten Männchen auswählen, mit denen sie sich paaren können, werden diese schillernden Federgene an zukünftige Generationen weitergegeben, während die von Weibchen übersehenen Gene weniger prächtiger Männchen dies nicht tun. Sexuelle Selektion trieb die Evolution in Richtung superschwarzes Gefieder.
Evolution ist kein geordneter, kohärenter Prozess; evolutionäre Wettrüsten können große Innovationen hervorbringen. Vielleicht könnten diese superschwarzen Federn mit ihrer einzigartigen mikroskopischen Struktur irgendwann bessere Sonnenkollektoren oder neue Öle inspirieren. super schwarze schmetterlingsflügel haben schon. Die Evolution hatte Millionen von Jahren Zeit, um zu basteln. Wir müssen noch viel aus seinen Lösungen lernen.
Dakota McCoy, Ph.D. Student in Organismic and Evolutionary Biology an der Harvard University
Dieser Artikel wurde ursprünglich auf The Conversation veröffentlicht. Lesen Sie den Originalartikel.
Fazit: Wissenschaftler untersuchen die superschwarzen Federn der Paradiesvögel.