Скрытые чёрные или белые слои перьев усиливают окраску певчих птиц

Яркое оперение многих видов певчих птиц помогает привлекать партнёров и распознавать сородичей. Учёные долгое время считали, что эти цвета создаются только видимым слоем перьев. Однако новое исследование в Science Advances показало, что яркость окраски усиливается за счёт нижележащих слоёв пера, что добавляет сложности в понимании механизма.

Исследователи изучили перья танагр — певчих птиц с ярким оперением, которое создаётся как каротиноидными пигментами, так и наноструктурами кератина в перьях. Каротиноидные пигменты (те же, что окрашивают морковь и тыкву) поглощают зелёные и синие длины волн света, отражая только оранжевые, жёлтые и красные. Наноструктуры кератина, напротив, рассеивают зелёный или синий свет.

Перья танагр и многих других птиц состоят из трёх частей: мягкого пухового участка у кожи, ахроматической (бесцветной) средней части и обычно более окрашенной концевой части. Перья накладываются друг на друга, как черепица, поэтому видна только концевая часть. Это создаёт слоистый эффект: красочные кончики (внешний слой), часто чёрная или белая средняя часть и пуховой слой у тела, который помогает регулировать температуру.

С помощью гиперспектральной визуализации, мультиспектральной фотографии, микроспектрофотометрии и оптического моделирования исследователи обнаружили, что средний ахроматический слой делает цвета внешнего слоя более насыщенными, особенно у самцов.

Авторы объясняют: «Цвет скрытого ахроматического слоя пера у самцов танагр варьируется в зависимости от цвета перьев сверху. Оперение с каротиноидными пигментами (красное, жёлтое) сочетается со скрытым белым слоем, а структурно окрашенное оперение (синее, фиолетовое) — со скрытым чёрным слоем».

Белые слои под каротиноидными перьями увеличивают яркость и насыщенность, отражая больше красных и жёлтых тонов. Чёрные слои под структурно окрашенными перьями увеличивают насыщенность цвета, но уменьшают яркость, делая синие или зелёные оттенки более vivid, поскольку чёрный цвет поглощает красные и жёлтые лучи, не давая им рассеиваться от более глубоких слоёв кожи.

Различия в окраске самцов и самок (дихроматизм) ранее часто объясняли разной концентрацией пигментов. Данное исследование показало, что это в основном связано с различиями в этих скрытых слоях.

Танагры относятся к большой группе птиц — воробьинообразным (passerines), у которых широко распространены каротиноидная пигментация и/или структурная окраска. Обследование других певчих птиц показало, что такие усиливающие окраску слои встречаются и у многих других воробьинообразных с ярким оперением.

Авторы отмечают, что большая часть анализа проводилась на перьях из музейных коллекций, что могло наложить некоторые ограничения. Тем не менее, результаты открывают новую перспективу на сложность цветовых дисплеев у птиц и других животных.

Дальнейшее изучение взаимодействия структуры и пигмента в природе может привести к биоинспирированным разработкам в таких областях, как создание нетоксичных альтернатив обычным красителям или прогресс в технологиях улавливания света.