【靛颏论坛】鸟类如何呈现出五彩缤纷的羽毛？

正如人们所见，世界上目前发现有10000多种鸟类，它们呈现出惊人的色彩和图案的多样性。鸟类是可以分辨颜色的。鸟类羽毛的颜色由两种不同的方式形成，自然色素和羽毛结构所产生的光线反射。某些时候，羽毛的颜色是自然色素和结构色结合的产物。比如某种鹦鹉的绿色，是黄色色素和羽毛的蓝色光线发射的组合结果。

天然色素

色素是可以在植物和动物中发现的有色物质。颜料产生的着色与羽毛的结构无关。鸟类的色素着色来自三种不同的元素：类胡萝卜素、黑色素和卟啉类化合物。

一种有色羽毛的显微结构。在这种情况下，除了红色波长以外，所有的颜料都被色素颗粒吸收

Andrew Leach

类胡萝卜素

雄性橙胸林莺喉咙和胸部羽毛含有类胡萝卜素色素

Kevin J. McGowan

北美红雀(Cardinalis)的鲜红颜色源自一种称为类胡萝卜素的色素。类胡萝卜素是由植物中产生的，鸟类通过食用此类植物或食用吃过这类植物的动物产生颜色。类胡萝卜素也是造成金翅雀(Carduelis tristis)和北美黄林莺(Dendroica petechia)的亮黄色以及雄性橙胸林莺(Dendroica fusca) 的亮橙黄色的原因。类胡萝卜素还可以与黑色素相互作用，产生像雌性猩红丽唐纳雀(Piranga olivacea)橄榄绿一样的颜色。

黑色素

大雕鸮羽毛含有黑色素

Jen St. Louis

黑色素在鸟类的皮肤和羽毛中都是微小的颜色颗粒。根据它们的浓度和位置，黑色素可以产生从最暗的黑色到红棕色和淡黄色等颜色。

黑色素不仅仅是着色。含有黑色素的羽毛比不含黑色素的羽毛更结实、更加耐磨。没有任何色素沉着的羽毛是最孱弱的。除此之外，所有的白色鸟类翅膀上都有黑色羽毛或黑色翼尖。这些飞行羽毛是最容易磨损的。黑色素导致羽毛顶端出现黑色，这能够给羽毛提供额外的强度。

卟啉类化合物

红冠蕉鹃的羽毛来自含有卟啉的色素

Lachlan Skene

第三种色素是卟啉类化合物，它是通过修饰氨基酸产生的。虽然每个卟啉的确切化学结构不同，但它们都有共同的特征。当暴露在紫外光下时，它们会发出明亮的红色，就像某些岩石和矿物的荧光一样。卟啉能够产生一系列的颜色，包括粉色、棕色、红色和绿色。在一些猫头鹰、鸽子和鹑鸡类中发现了卟啉。它们还可以生产出冠蕉鹃属鸟类(Tauraco)身上那种明亮辉煌的绿色和红色。

颜色异常

两只乌鸦，右边的乌鸦黑色素含量低于正常水平

KevinJ. McGowan

当色素以不同寻常的水平存在(或不存在)时，鸟的外观会显著改变。颜色异常，虽然不是常见的，但确实是定期发生的。通常显示出异常白色斑点的鸟类物种包括加拿大雁(Branta canadensis)、美洲乌鸦、黑顶山雀(Poecile atricapilla)、暗眼灯草鹀(Junco hyemalis)、拟八哥(Quiscalus palustris)和家麻雀(Passer domesticus)。

结构色

羽毛的结构所产生的颜色增加了鸟类颜色的多样性。这些颜色是由羽毛中的蛋白质折射出来的，而不是自然色素。

彩虹羽毛

最有名的例子是许多蜂鸟物种的喉部羽毛。蜂鸟喉部羽毛的彩虹色是羽毛小枝的微观结构引起的入射光折射结果。折射像棱镜一样工作，把光分裂成丰富的成分颜色。随着视角的变化，闪烁的彩虹折射光清晰可见。许多鸟类的羽毛都能呈现出五彩缤纷的彩虹般颜色，包括紫水鸡(Porphyrio porphyrio)和三色鹭(Egretta tricolor)

虹彩羽毛随着观察角度的不同而改变颜色，这是由羽毛小枝的蛋白质结构引起的

Andrew Leach

非彩虹羽毛

并非所有的结构色都是彩虹色。羽毛倒钩上的小气孔可以散射入射光，从而产生特定的、非虹彩颜色。羽毛中的蓝色几乎都是以这种方式产生的。例如蓝鸲(Sialia)、靛蓝彩鹀(Passerina cyanea)、冠蓝鸦(Cyanocitta cristata)和暗冠蓝鸦 (Cyanocittastelleri)的蓝色羽毛。

羽毛颜色由羽毛中角质蛋白的有组织结构对光线的折射而产生。在这里蓝色被折射，其他颜色被黑色素层吸收

Andrew Leach

在靛蓝彩鹀、冠蓝鸦和暗冠蓝鸦的羽毛中看到的蓝色是结构性颜色。如果你找到了冠蓝鸦或暗冠蓝鸦的羽毛，你可以亲眼看到它是如何运作的。首先，在正常照明条件下观察羽毛，你会看到预期的蓝色。接下来，试着背光观察羽毛。当光线穿透羽毛时，它会看起来是棕色的。蓝色会消失，是因为光线不再被反射回来，而棕色会因为羽毛中的黑色素而出现。

紫外线羽毛

许多物种的羽毛结构也反射紫外光。因为许多鸟类能够辨别比人类更多的颜色，包括紫外线波长，所以它们彼此看起来可能与在我们眼中截然不同。

鸟类所能看到的波长范围与人类的视觉范围对比

Andrew Leach