Rahsia sayap sangat gelap burung syurga telah dibongkar • Alexey Opaev • Berita Sains mengenai "Unsur" • Sains Bahan, Ornitologi

Membongkar rahsia sayap sangat gelap burung syurga

Rajah. 1. Burung burung syurga (a, cg) dan spesies dari keluarga yang rapat (b). a – burung gagak syurga (Lycororax pyrrhopterus), b – melampitta (Melampitta lugubriskeluarga Melampittidae, yang berkaitan dengan burung-burung syurga), c – Astrapia Princess Stephanie (Astrapia stephaniae), d – Burung syurga filamen (Seleucidis melanoleucos), e – Burung perisai yang bersarang (Lophorina paradisea) semasa pacaran, f – paroki Vanesa (Parotia wahnesi), g – burung syurga yang indah (Lophorina superba) semasa tokovaniya (di latar depan – perempuan). Pada burung-burung dalam foto itu a dan b "biasa" warna hitam bulu, pada gambar cg – Di bulu terdapat permainan "super hitam". Imej dari artikel dalam perbincanganKomunikasi alam semula jadi

Para saintis Amerika, yang tertarik dengan warna hitam dalam bulu beberapa spesies burung syurga, mengkaji struktur mereka di bawah mikroskop elektron. Ternyata warna hitam bukan kerana pigmen – melanin – seperti biasanya dengan burung. Perkara itu dalam struktur janggut bulu, di hujungnya terdapat "pinggiran" pertumbuhan nano. Struktur ini dengan sempurna menyerap cahaya – sehingga 99.95% daripada spektrum yang kelihatan, yang membawa kepada warna hitam yang sangat kaya. Dari segi penyerapan, bulu burung syurga berdekatan dengan Vantablack – bahan yang paling gelap.

Secara semula jadi, warna boleh dibentuk dalam dua cara – pigmen dan struktur.Dalam kes pertama, ia berlaku kerana molekul khas – pigmen yang secara selektif menyerap, mencerminkan atau memancarkan cahaya dengan panjang gelombang tertentu. Dalam kes kedua, warna bergantung kepada struktur permukaan di mana cahaya jatuh dan yang secara selektif menyerap dan / atau mencerminkan. Butiran mengenai pewarnaan struktur dijelaskan dalam artikel oleh T. Romanovskaya "Warna struktural dalam alam hidup." Satu varian tertentu dalam pewarnaan struktur adalah penyerapan struktur, iaitu penyerapan cahaya dengan permukaan. Jika semua atau hampir semua spektrum yang kelihatan diserap dengan cara ini, warna hitam diperolehi.

Bulu hitam burung

Kebanyakan burung mempunyai bulu hitam akibat pigmen melanin. Mereka bertanggungjawab terhadap kegelapan burung yang kita kenali dengan baik – gagak, anak burung, burung hitam, dan sebagainya. Di samping itu, terdapat beberapa burung yang tidak sengaja (kerana filamen berwarna berstruktur). Peniruan dinyatakan dalam limpahan pelangi dan / atau kilauan logam.

Pewarnaan hitam pada burung sangat membosankan (seperti pada kepala puyuh California Callipepla californica, a), cemerlang (seperti gagak biasa Corvus corax, b) dan tidak disengajakan (seperti itu dari gracla Quince utama, c). df – Barangan kedua urutan jenis yang sepadan di bawah mikroskop elektron penghantaran (panjang segmen skala – 2 mikron). Ia dapat dilihat bahawa granul melanin yang lebih banyak, yang lebih gelap warna (khususnya, warna puyuh California puyuh adalah lebih gelap daripada gagak gagak gagak). Foto dari R. Maia et al. 2010. Apa yang membuat bulu bersinar? Dasar nanostructural untuk warna hitam berkilat di bulu

"Unsur" telah membicarakan tentang kelakuan yang luar biasa dari lelaki burung indah syurga. Semasa merawat seorang wanita, lelaki itu melipat sayapnya dan menyebar bulu sehingga dia tidak lagi kelihatan seperti burung sama sekali (rajah 1, g)! Pengamat yang berpengalaman menyaksikan satu lagi ciri ini dan beberapa spesies burung syurga (keluarga Paradisaeidae). Warna hitam bulu mereka kelihatan lebih gelap (hitam) daripada bulu hitam burung lain (Rajah 1). Baru-baru ini, sekumpulan saintis dari Amerika Syarikat mengesahkan pemerhatian ini dan, yang paling penting, terangkan bagaimana kesan ini berlaku. Untuk melakukan ini, penyelidik mengkaji bulu hitam tujuh spesies (semuanya ditunjukkan dalam Rajah 1) – enam spesies burung syurga dan satu spesies – melampitta – dari keluarga dekat (Melampittidae). Melampitta dan burung gagak surgawi mempunyai warna hitam akibat melanin, iaitu, warna hitam mereka agak normal. Dan selebihnya yang mengambil bahagian dalam kajian burung-burung syurga mempunyai parti bulu hitam "super hitam". Sebagai peraturan, mereka digunakan dalam demonstrasi perkahwinan.Dalam sesetengah spesies, contohnya, dalam burung syurga yang indah, bersama dengan yang hebat, terdapat juga bulu hitam melanin biasa. Mereka terletak di belakang dan ketika toking wanita tidak secara khusus menunjukkan mereka kepada wanita. Para saintis telah mempelajari bukan sahaja bulu super hitam spesies ini, tetapi juga yang biasa diambil dari belakang.

Sebagai permulaan, bulu dikaji menggunakan spektrofotometer dan sumber cahaya deuterium-halogen DH-2000-BAL dari Ocean Optics. Sumber ini, terima kasih kepada deuterium dan lampu halogen, serta penapis khas, boleh, khususnya, memberikan cahaya keluaran keamatan yang diberikan, sebagai sebahagian daripadanya keseluruhan spektrum yang kelihatan diwakili sama. Hal ini memungkinkan untuk mengelakkan distorsi dalam spektrum sampel yang dipelajari, kerana ia diterangi oleh balok cahaya yang seimbang.

Spektrofotometri menunjukkan bahawa bulu super hitam mencerminkan hanya 0.05-0.31% cahaya (iaitu, menyerap sehingga 99.95% daripada spektrum yang kelihatan). Dan bulu hitam yang biasa (burung gagak syurga, melampitta, dan yang diambil dari belakang burung syurga yang indah) mencerminkan satu atau dua pesanan magnitud lebih banyak: 3.2-4.7% radiasi (Rajah 2).

Rajah. 2 Reflektifitas (% cahaya terang) bulu enam spesies burung syurga dan melampitta. Dalam burung syurga yang indah (Lophorina superba) secara berasingan mengkaji bulu belakang (belakang) dan bulu super hitam "capes" (cape). Bulu hitam biasa sesuai tiga garisan teratas berwarna merah, merah jambu dan bunga birudan pengumpulan garis di bahagian bawah graf – bulu super hitam burung syurga. Gambar dari artikel dibincangkan di Komunikasi alam semula jadi

Nilai-nilai ini menunjukkan bahawa cahaya menyerap keupayaan bulu superblack burung syurga mendekati bahan buatan dengan tahap penyerapan yang sangat tinggi. Jadi, bahan paling gelap hari ini – Vantablack – menyerap 99.965% cahaya yang kelihatan. Vantablack terdiri daripada nanotube karbon berorientasikan vertikal, dan penyerapan berlaku kerana cahaya menembusi bahan, di mana terdapat banyak refleksi dari dinding nanotube.

Super Black Butterfly Wings

Sebagai tambahan kepada bulu burung syurga, sayap beberapa rama-rama menyerap cahaya dengan baik. Menyerap sehingga 98-99% cahaya yang kelihatan, ia juga kelihatan sangat hitam. Ini disebabkan oleh mikrostruktur khas skala. (Ingat bahawa sayap rama-rama ditutup dengan skala kecil, bertindih satu sama lain mengikut prinsip shingles.) Skala hitam super dari rama-rama lelaki Troides aeacus dari keluarga kapal belayar (Papilionidae, Rajah a) terdiri daripada bahagian antiglare atas dan filem nipis di bawahnya.Bahagian atasnya terdiri daripada ruas berbentuk Λ yang dibahagi secara seragam. Ridge adalah jumper yang saling berkaitan – urat. Akibatnya, kisi terbentuk dengan lubang bujur dengan dimensi kira-kira 490 × 380 nm (dan diagonal kira-kira 620 nm, Rajah C – e).

Oleh kerana panjang gelombang cahaya yang kelihatan jatuh dalam julat 380-780 nm, saiz lubang membenarkan kebanyakan cahaya yang dilihat untuk menembusi mereka. Foton cahaya "masuk" ke dalam lubang dan berulang kali dipantulkan dari mereka. Cahaya dengan panjang gelombang yang lebih panjang terutamanya dicerminkan dari rabung, kerana ia tidak dapat melalui lubang-lubang. Refleksi berulang membawa kepada penyerapan cahaya – seperti dalam kes Vantablack.

a – Pemandangan umum rama-rama lelaki Troides aeacus (panjang skala – 2 cm. b – gambar permukaan hitam sayap menggunakan mikroskop optik (panjang skala – 50 mikron). c, d – mikrograf sayap di bawah mikroskop elektron pada pembesaran yang berlainan: panjang segmen skala – 5 mikron (c) dan 1 mikron (d). Menunjukkan lubang (lubang), rabung (rabung) dan urat (tulang rusuk). e, f – model struktur nanosta skala superblack (e – pandangan sisi, f – paparan atas): bukaan kelihatan (ditandakan dengan huruf "k" di bahagian atas paparan) dan kelebihan (huruf "a" di sisi paparan menunjukkan jarak di antara tepi bersebelahan).Foto dan gambar dari artikel Q. Zhao et al, 2011. Art of blackness

Untuk menangani ciri-ciri yang luar biasa dari bulu hitam burung syurga, saintis menggunakan mikroskop elektron raster. Seperti yang diketahui, bulu-bulu burung terdiri daripada sebatang batang dari barbers pertama yang berlepas, yang seterusnya, barbud urutan kedua berlepas (lihat Rod, barbs dan cangkuk). Barbs pesanan pertama dan kedua terletak lebih kurang dalam pesawat yang sama, membentuk kipas bulu.

Ternyata bulu-bulu superblack burung-burung syurga mempunyai struktur janggut pesanan khas yang kedua. Pertama sekali, hujung barbod urutan kedua menyimpang menjadi banyak mikrowein yang membentuk satu pinggiran (Rajah 3). Terdapat satu lagi keanehan: barbud pesanan kedua seolah-olah diangkat di atas pesawat, di mana ada teras bulu dan barbod pertama. Akibatnya, mereka membentuk lapisan padat (disebabkan oleh mikrofon) yang diputar sekitar 30 ° ke arah ujung pena.

Rajah. 3. Bulu Melampitta lugubris (hitam normal) dan Parotia wahnesi (superblack) di bawah mikroskop elektron. Barangan permulaan pertama dan barbi pesanan kedua yang diperluas dari mereka dapat dilihat, yang mempunyai pertumbuhan paroty. Gambar dari bahan tambahan kepada artikel yang dibincangkan di Komunikasi alam semula jadi

Lapisan nano-sprout kecil dan bertanggungjawab untuk penyerapan cahaya. Hakikatnya ialah bahagian silang mikrofon adalah lebih kecil daripada panjang gelombang cahaya. Ini membolehkan cahaya menembusi di dalam pen. Oleh itu, sebahagian daripada cahaya yang jatuh pada bulu diserap, dan sebahagiannya menembusi di dalam, tetapi hampir tidak ada yang tercermin di luar. Di dalam pena, foton cahaya dipantulkan lagi, dan beberapa daripada mereka diserap lagi. Oleh kerana bilangan mikroweights yang banyak, banyak refleksi berlaku, dan setiap kali beberapa cahaya diserap. Ini menyebabkan bulu menyerap kebanyakan cahaya. Secara umumnya, prinsip penyerapan adalah sama seperti bahan Vantablack.

Oleh kerana struktur pena secara umum, tidak kira apa warna pigmen yang ada. Lagipun, hampir semua cahaya masih diserap. Penyelidik mengesahkannya dengan cara yang asal: mereka menutup bulu dengan debu emas. Bulu hitam biasa melapitta (warna hitam yang disebabkan oleh melanin) menjadi emas selepas operasi ini. Tetapi dengan pena yang luar biasa tiada apa yang berlaku: kerana ia hitam, menyerap kebanyakan cahaya yang kelihatan, ia kekal (Rajah 4).

Rajah. 4 Melapitta bulu selepas emas sputtering di atasnya kelihatan emas (a). Warna superblack bulu burung perisai yang menawan perisai tidak berubah walaupun selepas habuk emas digunakan (b). Foto dari artikel dalam perbincangan Komunikasi alam semula jadi

Adalah menarik bahawa pada burung-burung syurga, seperti di rama-rama, bintik-bintik super hitam sering wujud bersama dengan warna yang sangat terang, seolah-olah memudar mereka. Berdasarkan pemerhatian ini, saintis telah mencadangkan bahawa warna super hitam muncul untuk menekankan banyak bulu terang. Dan mereka, pada gilirannya, dapat memainkan peranan dalam tingkah laku perkahwinan. Setakat ini, bagaimanapun, ini hanyalah satu hipotesis.

Sumber: Dakota E. McCoy, Teresa Feo, Todd Alan Harvey & Richard O. Prum. Mikrostruktur bulu parabolus // Komunikasi alam semula jadi. 2018. DOI: 10.1038 / s41467-017-02088-w.

Mengenai burung-burung syurga, lihat juga:
1) Senyuman psychedelic burung syurga, "Elements", 04/04/2016.
2) Burung Syurga Bensbach, "The Elements", 04/12/2017.
3) Bird of Scaled Paradise, "The Elements", 01/23/2018.

Alexey Opaev


Like this post? Please share to your friends:
Tinggalkan Balasan

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: