Американские ученые, заинтригованные глубокой черной окраской перьев некоторых видов райских птиц, изучили их строение под электронным микроскопом. Выяснилось, что черный цвет обусловлен не пигментами — меланинами — как это обычно бывает у птиц.
А вот чем…
Все дело в строении бородок пера, на концах которых есть «бахрома» из нановыростов. Такая структура отлично поглощает свет — до 99,95% видимого спектра, что и приводит к очень насыщенной черной окраске. По показателю поглощения перья райских птиц близки к Vantablack — самому черному из известных материалов.
В живой природе цвет может формироваться двумя способами — пигментным и структурным. В первом случае он возникает благодаря специальным молекулам — пигментам, которые избирательно поглощают, отражают или испускают свет с определенной длиной волны. Во втором случае цвет зависит от структуры поверхности, на которую падает свет и которая его избирательно поглощает и/или отражает. Частный вариант структурной окраски — структурная абсорбция, то есть поглощение света поверхностью. Если таким образом поглощается весь или почти весь видимый спектр, получается черная окраска.
Для начала перья изучали с помощью спектрофотометра и дейтерий-галогенового источника света DH-2000-BAL фирмы Ocean Optics. Этот источник, благодаря дейтериевой и галогеновой лампам, а также специальным фильтрам, может, в частности, давать на выходе свет заданной интенсивности, в составе которого в равной степени представлен весь видимый спектр. Это позволяет избежать искажений в спектрах изучаемых образцов, поскольку они освещаются сбалансированным световым пучком.
Отражательная способность (% отраженного света) перьев шести видов райских птиц и мелампитты.
Спектрофотометрия показала, что суперчерное оперение отражает всего 0,05–0,31% света (то есть поглощает до 99,95% видимого спектра). А обычные черные перья (райской вороны, мелампитты, и те, что были взяты со спины чудесной райской птицы) отражают на один, а то и на два порядка больше: 3,2–4,7% излучения.
Эти значения говорят о том, что светопоглощательная способность суперчерных перьев райских птиц приближается к искусственным материалам с очень высокой степенью поглощения. Так, самый черный на сегодня материал — Vantablack — поглощает 99,965% видимого света. Vantablack состоит из вертикально ориентированных углеродных нанотрубок, а поглощение происходит за счет того, что свет проникает внутрь материала, где происходит многократное отражение от стенок нанотрубок.
Помимо перьев райских птиц хорошо поглощают свет крылья некоторых бабочек. Поглощая до 98–99% видимого света, она также выглядят очень черными. Это связано с особой микроструктурой чешуек. (Напомним, что крылья бабочек покрыты маленькими чешуйками, налегающими одна на другую по принципу черепицы.) Суперчерные чешуйки самца бабочки Troides aeacus из семейства парусников (Papilionidae, рис. а) состоят из верхней антибликовой части и тонкой пленки под ней. Верхняя часть состоит из равномерно распределенных Λ-образных гребней.
Гребни соединены между собой перемычками — жилками. В результате образуется решетка с продолговатыми отверстиями размерами около 490×380 нм (и диагональю около 620 нм, рис. с–e).
Поскольку длина волны видимого света попадает в диапазон 380–780 нм, размеры отверстий позволяют проникать в них большей части видимого света. Фотоны света «заходят» в отверстия и многократно отражаются от них. Свет с большей длиной волны отражается в основном от гребней, так как внутрь отверстий пройти не может. Многократное отражение приводит к поглощению света — так же, как и в случае Vantablack.
Низкая отражающая способность перьев делает этих птиц как будто плоскими: особенно странно это выглядит, когда самец L. superba исполняет перед самкой брачный танец. Как видно на фотографии, в некоторые моменты этого танца самец превращается в совершенно плоскую черную фигуру с лазоревым узором:
Исследователи полагают, что чернота перьев развилась у райских птиц вследствие полового отбора; на фоне бархатистого глубокого черного яркие элементы их оперения выглядят более выигрышно и дают преимущество самцам с максимально черными перьями во время брачных ритуалов, которые у райских птиц всегда включают демонстрацию парадного плюмажа.
«Перья черных райских птиц очень жесткие и прочные, и сделаны из очень дешевого материала. Если нам удастся описать структуру перьев так, чтобы мы могли напечатать нечто подобное на 3D-принтере, я уверен, мы нашли бы применение такому материалу», — рассказывает в интервью Wired орнитолог из Калифорнийской академии наук Джек Дамбакер (Jack Dumbacher).
Райские птицы (лат. Paradisaeidae, англ. Bird of Paradise) — ближайшие родственники нашим воронам и величиной бывают от сойки до жаворонка.
Первые шкурки райских птиц произвели в Европе настоящую сенсацию. Их привезли в Испанию в 1522 г. моряки с единственного из четырёх кораблей Магеллана, вернувшегося на родину. Шкурки были без ног и костей. И, несмотря на заверения Пигафетты, историографа этого плавания, в том, что ноги у райских птиц есть, на века воцарилась легенда: не нужны райским птицам ноги, потому что от рождения до смерти живут они будто бы в воздухе, питаясь «небесной росой». Размножаются и высиживают птенцов тоже на лету: на спине у самца лежат яйца, самка, сидя сверху, их согревает.
И только в 1824 г. французский судовой врач Рене Лессон увидел в лесах Новой Гвинеи живую райскую птицу: она была с ногами и бодро прыгала по веткам! Райских птиц убивали десятками тысяч, их перья покупались для дамских шляпок и других украшений. Только за несколько лет немецкой колонизации северо-востока Новой Гвинеи с этого острова вывезли более 50 тыс. шкурок райских птиц.
Теперь охота на них запрещена, кроме тех случаев, когда она ведётся в научных целях, а также для нужд папуасов, столетиями украшавших себя их перьями. Прежде для изготовления таких украшений уничтожалось не так уж много райских птиц
В последние годы, когда туристы во множестве приезжают смотреть на местные национальные праздники, украшения из перьев, в которые наряжены танцоры на праздниках, стали стоить не меньше миллиона долларов. Такую новую угрозу райским птицам принесла цивилизация в леса Новой Гвинеи и других ближайших островов, где они водятся.