Mục đích của tiến hoá khi tạo ra bộ lông vũ siêu đen này là gì?
Chim và các kỹ sư hàng không có điểm chung gì? Cả hai đều đã phát minh những bề mặt "siêu đen", tối không tưởng, hấp thụ được gần như toàn bộ lượng ánh sáng chiếu vào. Tất nhiên, trong khi các nhà khoa học làm việc hết mình mới sáng chế ra được những vật liệu như vậy, thì quá trình tiến hoá lại mang đến đặc điểm kỳ diệu này cho loài chim. Xin giới thiệu với các bạn một trong những loài động vật kỳ lạ nhất trên Trái đất: chim thiên đường.
Chim thiên đường đực có bộ lông siêu đen.
Chúng là một loài chim lộng lẫy sống tại Papua New Guinea và các khu vực lân cận. Chim đực sở hữu bộ lông vũ siêu đen với một điểm nhấn ấn tượng cùng điệu nhảy tán tỉnh siêu phức tạp. Còn chim cái, có bộ lông vũ màu nâu chán ngắt, thì thận trọng xem xét vẻ đẹp và điệu nhảy của con đực trước khi chọn bạn tình. Bộ lông vũ siêu đen của chim đực có gì đặc biệt? Nó có cơ chế gì mà hấp thụ ánh sáng hiệu quả đến vậy?
Soi dưới kính hiển vi
Chim thiên đường có nhiều đặc điểm đáng chú ý, nhưng không có thứ gì kỳ bí hơn bộ lông vũ đen tuyền của chim đực.
Màu đen của bộ lông vũ này tối đến mức mắt bạn không thể nào tập trung vào bề mặt của nó được; nó trông như một cái hang, hay một hố đen mờ ảo trong không gian vậy. Sử dụng các phương tiện quang học, các nhà nghiên cứu phát hiện ra bộ lông này hấp thụ đến 99,95% ánh sáng chiếu vào trực tiếp - tương đương với các vật liệu rất đen mà con người từng tạo nên, như các tấm pin mặt trời, lớp phủ kính thiên văn vũ trụ, và thậm chí là vật liệu "đen nhất" mang tên Vantablack, vốn hấp thụ đến 99,96% ánh sáng.
Lông vũ của chim thiên đường (phải) dưới kính hiển vi, so với lông vũ thường (trái).
Lông vũ thông thường sẽ có dạng phẳng, và trông như hình học fractals; khi bạn zoom gần bằng kính hiển vi, mỗi nhánh của một cọng lông vũ trông như một cọng lông vũ phẳng, tí hon. Dưới một kính hiển vi điện tử tiên tiến, các nhà nghiên cứu đã ngạc nhiên khi thấy những cọng lông vũ siêu đen của chim thiên đường trông như những mô hình thu nhỏ của các rặng san hô, bàn chải cọ bình, hay cây cối với tán lá dày đặc.
Những vi cấu trúc có hình dáng đặc biệt này ghép lại với nhau để tạo nên một bề mặt lởm chởm, phức tạp; chúng giống như những cái bẫy ánh sáng tí hon vậy. Khi tia sáng chiếu vào những vi kiến trúc bề mặt này, chúng sẽ liên tục bị tán xạ ra xung quanh và bị hấp thụ, chứ không phản xạ ngược lại mắt người quan sát. Đây là một quy trình lặp đi lặp lại: mỗi khi một sự kiến tán xạ diễn ra, một phần ánh sáng bị hấp thụ cho đến khi nó hầu như bị hấp thụ hoàn toàn.
Những vật liệu siêu đen do con người chế tạo ra như "silicon đen", cũng dựa vào nguyên lý mà các nhà khoa học vật liệu gọi là "hấp thụ cấu trúc". Giống như lông vũ siêu đen, những "bẫy ánh sáng" tí hon của chúng tạo nên một bề mặt nhám tán xạ ánh sáng liên tục, nhưng hình dáng bề mặt thực sự thì lại có sự khác biệt. Thay vì hình dáng giống bàn chải cọ bình của lông vũ, các kỹ sư của chúng ta đã thiết kế những vi cấu trúc lồi lõm với khoảng cách ở giữa. Vì hầu như không có bề mặt phẳng nào lộ ra, những vật liệu đen này có thể xem là cấu trúc trái ngược với một tấm gương.
Lông vũ chim thiên đường vẫn có màu siêu đen cả khi bị mạ vàng.
Lông vũ siêu đen của chim thiên đường hấp thụ ánh sáng tốt đến nỗi ngay cả khi chúng được mạ vàng - một kim loại óng ánh - chúng vẫn trông rất đen. Đó là bởi màu đen này không phải được tạo ra từ bên trong lông vũ thông qua màu nhuộm hoặc các cấu trúc nano có trật tự; thay vào đó, giống như silicon đen do con người tạo ra, màu siêu đen này xuất phát từ cấu trúc bề mặt vật lý. Quá trình tiến hoá và trí tuệ con người dường như đã đưa ra cùng một giải pháp.
Lợi thế của lông vũ siêu đen
Nhưng tại sao những chú chim này lại có bộ lông vũ đen đáng kinh ngạc như vậy? Lợi thế chọn lọc nào đã dẫn đến sự hình thành của đặc điểm này? Có thể bạn nghĩ rằng màu lông siêu đen này sẽ giúp chim nguỵ trang, tránh xa các loài săn mồi. Trên thực tế, một số loài rắn có bộ vảy siêu đen giống như vùng tối giữa những tán lá cây, giúp chúng hoà lẫn vào rừng tốt hơn. Ví dụ về loài rắn cho thấy quá trình tiến hoá xuất phát từ chọn lọc tự nhiên nhằm đảm bảo khả năng sinh tồn tối đa của các loài động vật.
Nhưng một số yếu tố khác cũng có thể ảnh hưởng đến quá trình tiến hoá, bao gồm những khả năng ngẫu nhiên hoặc chọn lọc giới tính. Theo nhà nghiên cứu Rich Prum, chọn bạn tình là một động lực mạnh mẽ lèo lái quá trình tiến hoá. Đối với loài chim thiên đường, bộ lông vũ siêu đen giúp những con chim đực trông đẹp hơn trong mắt con cái.
Để hiểu bằng cách nào bộ lông vũ siêu đen lại giúp chim đực đẹp hơn trong mắt chim cái, bạn cần xem đoạn video chim thiên đường thực hiện điệu nhảy tìm bạn tình. Những con đực liên tục thể hiện mảng lông siêu đen trước con cái, đảm bảo rằng con cái không thể thấy được từ hai bên. Đó là bởi bộ lông vũ này có tính định hướng cao, và chúng trông đen nhất khi nhìn trực diện.
Và những mảng lông siêu đen này luôn nằm xung quanh hoặc bên cạnh những mảng màu rực rỡ. Một khung viền siêu đen, chống phản quang, khiến màu sắc xung quanh hiện ra sáng hơn, giống như đang lập loè vậy. Nói cách khác, màu siêu đen là một ảo ảnh thị giác, lợi dụng cách mà mắt và não động vật điều chỉnh nhận thức của chúng ta dựa trên ánh sáng môi trường.
Con chim đực đang quyến rũ chim cái bằng bộ lông kỳ bí của mình.
Trong cuộc chơi lựa chọn bạn tình, một bộ lông vũ chưa đủ độ xanh dương cần thiết có thể khiến chim thiên đường cái... cụt hứng. Rõ ràng, chim thiên đường cái thích những con đực với bộ lông siêu đen. Khi chim cái chọn những con chim đực ấn tượng nhất để ghép đôi, bộ gene quyết định bộ lông vũ tuyệt đẹp đó sẽ được truyền lại cho các thế hệ tương lai, trong khi bộ gene của những con đực kém hào nhoáng hơn, bị ngó lơ bởi chim cái, thì không. Chọn lọc giới tính đã lèo lái quá trình tiến hoá theo hướng ưu tiên bộ lông siêu đen.
Tiến hoá không phải là một quá trình có trật tự và chặt chẽ; cuộc chạy đua vũ trang tiến hoá có thể tạo ra những cải tiến tuyệt vời. Có lẽ những bộ lông vũ siêu đen với vi cấu trúc độc đáo của chúng có thể truyền cảm hứng để loài người chế tạo ra những tấm pin mặt trời hiệu quả hơn, hoặc những loại vải dệt mới. Quá trình tiến hoá đã trải qua hàng triệu năm để chọn ra những thứ được xem là tối ưu; chúng ta vẫn còn rất nhiều điều cần học tự những giải pháp của nó.