蜂鸟羽毛中的薄煎饼状结构会产生虹彩彩虹色

这是一头开阔的蜂鸟，有着明亮的绿松石羽毛。

蜂鸟是整个世界上颜色最鲜艳的东西。它们的羽毛呈虹彩状-光线像肥皂泡般从其反射，导致闪烁的色相随着您从不同角度观察它们而发生变化。尽管像鸭一样的其他鸟类也可以拥有鲜艳的羽毛，但似乎没有什么比蜂鸟更接近，科学家们还不确定为什么。但是，《进化》杂志的一项新研究表明，尽管蜂鸟的羽毛与其他鸟具有相同的基本构成，但其含色素结构的特殊形状使它们能够反射彩虹。

“让我彻夜难眠的一个大问题是，为什么有些鸟群比其他鸟群更鲜艳？”论文的第一作者，芝加哥菲尔德博物馆的博士后研究员查德·埃里亚森（Chad Eliason）说。“您可以看着窗外，看到褐色的鸟，然后将这种闪闪发光的宝石扑向蜂鸟喂食器。蜂鸟为何如此多彩？是环境吗，是性选择？还是关于内部机制，物理原理和颜色产生方式的东西？”

这是红宝石喉蜂鸟羽毛的特写镜头。

为了回答这些问题，Eliason和他的国际同事进行了有史以来规模最大的蜂鸟羽毛光学研究。他们用透射电子显微镜检查了35种蜂鸟的羽毛，并将它们与其他鲜艳的鸟（如绿头野鸭）的羽毛进行比较，以寻找它们的成分差异。

所有鸟类的羽毛都是用与我们的头发和指甲相同的材料制成的角蛋白制成的，它们的结构像小树，部分类似于树干，树枝和树叶。“叶子”被称为羽毛小球，是由含有色素生成细胞器的细胞组成的，所述细胞器被称为黑素体。我们也有黑素体-它们产生深色的黑色素，使我们的头发和皮肤发色。但是颜料并不是唯一获得颜色的方法。黑素体的形状和排列会影响光从其反射的方式，从而产生鲜艳的色彩。

比利时根特大学的合著者Matthew Shawkey说：“我们将这些虹彩颜色称为“结构颜色”，因为它们取决于结构尺寸。“一个很好的比喻就像肥皂泡。如果您只看一点肥皂，它将是无色的。但是，如果以正确的方式构造它，如果将其摊开很细以形成气泡的外壳，则边缘周围将出现闪烁的彩虹色。它与黑素体的工作方式相同：具有正确的结构，您可以将无色的东西变成真正的彩色。”

这是科斯塔（Costa）的蜂鸟，有彩虹色的紫色羽毛在照亮。

埃里亚森说：“在哺乳动物中，黑色素在毛发内部的排列没有任何奇特的方式，但是在鸟类中，您会得到这些层的黑素体，当光线从不同层反射回来时，我们就会看到鲜艳的色彩。”

但是即使在鸟类中，蜂鸟的黑素体也是很特殊的。鸭子的内脏呈圆木状，没有任何空气，但是蜂鸟的内脏呈薄煎饼状，并含有许多微小的气泡。蜂鸟黑素体的扁平形状和气泡产生了一组更复杂的表面。当光线从这些表面闪烁时，它会以产生虹彩的方式反弹。

研究人员还发现，使蜂鸟羽毛特别的不同特征（例如黑素体形状和羽毛衬里的厚度）是分别进化的特征，从而使蜂鸟可以混合并匹配更广泛的各种特征。这就像是如何用三件衬衫和三对裤子制作更多衣服组合，而不是用三件礼服来组合衣服。总而言之，蜂鸟的羽毛非常复杂，这就是使它们比其他鸟更加鲜艳的原因。

作者指出，这个项目为人们更好地理解蜂鸟为何会发展出自己的特定颜色打开了大门。 Instacart的生物学家兼数据科学家拉斐尔·迈亚（Rafael Maia）指出：“并非所有的蜂鸟颜色都具有光泽和结构性，有些物种的羽毛较单调，在许多物种中，雌性的颜色不如雄性。”

“在本文中，我们描述了如何在羽毛中实现所有这些变化的模型。现在出现了其他精彩的问题。例如，如果可以显示多种颜色，为什么许多蜂鸟是绿色的？无论是反映历史事件，掠夺还是女性的喜好，仍然是悬而未决的挑战。”哥伦比亚安蒂奥基亚大学合著者胡安·帕拉（Juan Parra）说。

“这项研究为真正了解色彩模式的发展奠定了基础。现在，我们对羽毛结构如何映射到颜色有了更好的了解，我们可以真正解析出哪些基因构成了鸟类中那些真正疯狂的颜色的基础。” Eliason说。

参考：“蜂鸟的信号进化和形态复杂性（Aves：查特·埃里亚森（Chad M. Eliason），拉斐尔·迈亚（Rafael Maia），胡安·帕拉（Juan L. Parra）和马修·肖基（Matthew D.
10.1111 / evo.13893