鳥類的華彩霓裳

鳥類是體色最為豐富的陸生脊椎動物之一。色彩斑斕的鳥兒們在帶給我們審美享受的同時，也帶來了許多有趣的問題。

羽色的奧秘

動物園里的火烈鳥為什么會褪色？為什么用木槌拍打翠鳥的羽毛，美麗的藍色羽毛就會變成白色的……鳥類羽毛之謎是一個既古老又新穎的科學話題。

幾十年來，科學家已經知道一些鳥類之所以擁有黃色或紅色的羽毛，是因為它們從食物中攝取到了這類色素。例如，北美紅雀從紅色果子獲得紅色色素，火烈鳥從海藻和海洋甲殼類動物中獲得粉紅色色素。這類顏色叫色素色，是由各種色素在羽毛發生時沉積而形成的。

已知的決定鳥類羽毛色彩的色素有兩種：黑色素和脂色素。黑色素來源于黑色素細胞，產生黑、灰、褐色；脂色素來源于胡蘿卜素和卟啉，產生紅、橙、黃、紫等顏色。色素吸收某些波長的光線，反射某些波長的光線，只有反射光線才能到達我們的眼睛，成為我們眼中能夠看到的顏色。在光譜的可見光部分，我們能看到的最短的波是紫色波，最長的波是紅色波。如果沒有光線反射回來，我們看到的就是黑色；如果所有的光線都反射回來，我們看到的就是白色。

但科學家面臨的一個難題是，鳥類的藍色羽毛又是怎么來的？要知道，藍色不可能來自鳥類的食物，因為在鳥類消化食物的過程中，像藍莓等食物中所含的藍色色素會被破壞掉。科學家曾經認為，鳥類擁有藍色羽毛的原因與天空看起來是藍色的是同一個道理：紅色波和黃色波穿過了大氣層，但較短的藍色波則向各個方向散射開來，發出藍色的輝光，使整個天空看起來湛藍湛藍的。而現在，科學家已經搞清楚了，鳥類的藍色羽毛源自于與色素完全不同的一類色彩，叫結構色（或物理色）。

結構色是因羽毛上皮表面的凹凸溝紋以及羽小枝內的小顆粒、氣泡和液泡等對光線的折射和干涉作用而形成的，如許多鳥所擁有的藍色、彩虹色和金屬色澤。常棲息于小溪邊樹上、捕食水中魚蝦的翠鳥，其羽毛看上去是藍色的，但如果用木槌拍打就會變成原（白）色的。這是為什么？原來，翠鳥的羽毛為棱鏡結構，光線經羽毛折射后變成藍色，而拍打破壞了羽毛結構，于是羽毛就變成無色的了。蜂鳥閃閃發亮的羽色是光衍射的結果。所謂衍射，是指光線在通過直徑接近或小于波長的孔隙時傳播方向發生彎曲，從而產生各種顏色。蜂鳥細小的羽枝交匯成網，起到衍射光柵的作用，于是便產生了美麗的閃閃發亮的顏色。

羽色的作用

關于鳥類羽毛還有很多有趣的問題。比如，為什么多數種類的鳥都是雄鳥的顏色比雌鳥鮮艷，但有些種類的鳥卻是雄鳥的顏色比雌鳥暗淡，還有一些種類的鳥的雌雄鳥的顏色是相似的？這些問題都涉及到一點：鳥類多彩羽毛的作用是什么？

科學家指出，正如鳥鳴的進化不是為了讓我們用耳朵聽起來更“悅耳”一樣，鳥類羽毛顏色的進化也不是為了讓我們用眼睛看上去更“賞心悅目”。大多數種類的鳥都是雄鳥的顏色比雌鳥鮮艷，幼鳥的顏色也不同于成年鳥。雄鳥鮮艷的色彩可以幫助它們吸引配偶，而不顯眼的色彩則可以保護巢穴里的雌鳥和幼鳥。有些種類的鳥如磯鷂，雄鳥的顏色比雌鳥暗淡，這是因為這種鳥是雌鳥求偶，雄鳥孵蛋。如果雄鳥和雌鳥共同孵卵和哺育幼鳥，那么它們的顏色通常就是相似的。

鳥類的羽毛色彩同時還是它們的保護色。色彩不顯眼的羽毛可以幫助鳥類躲避被其他動物捕食的危險，被稱為“隱藏色”。 將“隱藏色”發展到極致的是那些能與周圍環境融為一體的鳥類，比如生活在北極、亞北極和北半球高山地區的一種雷鳥屬的巖雷鳥。以雄性巖雷鳥為例，其羽毛顏色會根據季節變化而發生變化：冬天，雄鳥是白色的，這與茫茫雪原融為一體；春天，雄鳥的頭、頸和胸部出現栗棕色橫斑，這是為了更好適應正在融化的冰雪大地；在初夏開始的短短幾天中，雄鳥的體色很快就變成了黑褐色，但兩翅和中央尾羽是白色的，如此強烈的明暗對比，目的是吸引雌鳥；到秋天，雄鳥又變成栗棕色的，與枯黃的植被顏色接近。

有斑點的鳥類采用的是一種被稱為“反蔭蔽”的羽色策略。一種叫做環頸鸻的水鳥，它們深色的背部與淺色的腹部形成非常強烈的黑白對比，背部的深色羽毛吸收光線明亮的身體上方的大部分光線，腹部的淺色羽毛則反射光線較暗的身體下方的大部分光線，從而起到很好的隱蔽作用。絕大多數的水鳥都采取這種“反蔭蔽”策略。

還有一種鳥類保護色叫“混隱色”，就是鳥類利用醒目的圖案來混淆身體的輪廓，這是一種避免被天敵發現的策略。比如，生活在西半球的一種胸部有兩道黑紋的雙領鸻，在一些環境下就很難被天敵發現。

藍色羽色新解

最近，科學家對于鳥類的藍色羽毛又有了新的發現。為了弄清楚鳥類羽毛的藍色是怎么來的，美國鳥類學家理查德·普魯姆和他的同事們在伊利諾伊州的一個國家實驗室里分析了無數的羽毛，幾乎涉及了所有擁有藍色羽毛的鳥類品種。

他們觀察到，一些鳥類在生長過程中，其藍色羽毛會產生一些驚人的變化：每個細胞內的纖維角蛋白分子與水分離，就像油與水分離開來一樣。當細胞死亡時，水分干涸，留下的空間被空氣取代，在角蛋白分子結構中形成一個個氣泡，就像海綿一樣。當白光照射在藍色羽毛上時，這種角蛋白結構令紅色和黃色的波相互抵消，而藍色的波則得到增強，并反射到觀看者的眼睛里。

如此看來，鳥類的藍色羽毛是光線與羽毛細胞中的3D結構產生交互作用的結果，細胞中氣泡和角蛋白形狀和大小的不同導致產生深淺不同的藍色。普魯姆說，如此精確的納米結構是進化工程的一個異乎尋常的成就。

為什么許多不同種類的鳥類都獨立進化出了藍色羽毛呢？一種理論認為，一身漂亮的藍色羽毛標志著良好的健康和營養水平，這是雄性鳥類向潛在的配偶宣揚自己優良基因的一種方式。普魯姆說：“就像人類的‘速配網’一樣，你得展示你引以自豪的一些個人信息，比如你在銀行有多少存款，你的家世背景，你有沒有患什么傳染性疾病，等等。”

目前，普魯姆正運用高科技手段研究一個由來已久的問題：藍色羽毛與物理學和數學的關系。他說：“藍色羽毛之謎可能涉及到物理學和數學，但對于雌鳥來說，它們真正關注的，也許就是美之本身。”

鳥類因色彩斑斕而美麗，但鳥類向我們展示的不僅僅是讓我們賞心悅目的羽毛色彩，在它們美麗色彩的背后還隱藏著太多的科學奧秘，等待我們破解。（編譯 方陵生）