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【原创】鸟类羽毛色彩的秘密——黑色素是创造9000多种鸟类丰富多彩的羽毛图案的大功臣

 

  这是一只雌性欧绒鸭由伊斯梅尔·加尔文拍摄于北爱尔兰。其复杂的羽毛图案就是由黑色素创造出来的。

  照片来源:伊斯梅尔·加尔文

  对于鸟类来讲,其羽毛是能用肉眼直观感受到的最醒目的特征。我们能看到的鸟类羽毛上的花纹是由杂色纹、鳞状纹、条形纹、斑点纹等组成的复杂的组合。那么,这些花纹是怎么形成的呢?

  我们早已了解了鸟类为什么进化出五颜六色的羽毛。对于有些鸟类,羽毛颜色可以帮助他们更好融入周围环境,从而躲过天敌的眼睛,或者使他们从竞争者中脱颖而出,提高对潜在伴侣的吸引力。这些原因是众所周知的,而这背后一个更大的秘密则是:在细胞的层面,这些花纹都是怎么被创造出来的?

  伊斯梅尔·加尔文博士和他的专家团队对羽毛着色进行了研究,看看在鸟类复杂的羽毛图案中都有哪些种类的色素。研究发现,羽毛着色过程中主要发生了两种色素的供给:黑色素,产生黑色、灰色、棕色和橘色等一系列颜色,以及类胡萝卜素,通过一些专门的羽毛结构可以用来形成更明亮的色调。

  鸟类自身是无法生成类胡萝卜素的,那些拥有明亮颜色羽毛的鸟类需要从含有相应色素的食物中摄取类胡萝卜素,然后这些类胡萝卜素通过血液循环到达羽毛毛囊中。鸟类自身不仅对合成和储存类胡萝卜素不能进行直接的细胞控制,而且对于具体的羽毛结构也无法控制,羽毛结构是对所摄取的类胡萝卜素通过特殊的机制发生反应形成的,而这种机制并不受哪些细胞的控制。

  而另一方面,黑色素则是在鸟类自身内被称为“生黑色素细胞”的专门细胞中形成的,它与羽毛毛囊共同作用来实现对着色的精密控制。虽然不断有集中于鸟类着色中类胡萝卜素的作用的研究出现,但伊斯梅尔·加尔文团队是首先提出黑色素是否是鸟类自身从细胞层面能控制的唯一色素成分的说法并对其进行测试的团队。

  加尔文说:“因为事先知道不同的色素和结构会产生不同类型的羽毛颜色,我们研究了现存所有鸟类物种的羽毛,确定他们羽毛上的色块是由黑色素产生的还是其他色素产生的。我们还对那些比较复杂的羽毛图案进行了鉴定,对那些在羽毛中不间断出现超过两次以上的、由两种以上可辨颜色组成的组合颜色进行了定义。”这项研究的范围非常之广,为了得到一个适用于所有鸟类的一般结论,为了最终解答鸟类是如何形成色彩和花纹这个问题,他们对约9000种鸟类进行了检查。

  伊斯梅尔·加尔文团队发现,他们研究的鸟类中有32%拥有复杂的羽毛图案,而这其中绝大部分的羽毛图案都是由黑色素而不是类胡萝卜素形成的。打个比方说,如果把鸟类比作艺术家,他们会把类胡萝卜素当做粗刷使用来画出大的色块,而把黑色素当做细节刷来画出复杂精细的图案。

  有一些鸟类则是例外的:有三个鸟类族群有着复杂的羽毛图案但却没有黑色素—果鸠、伞鸟属以及一种鹳,他们所拥有的与众不同的羽毛颜色好像是他们自身对所摄取的类胡萝卜色素进行代谢过程的改变而产生的。

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本文来自:中国数字科技馆
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