Ställ mot en bit svart konstruktionspapper, vingarna på den manliga fjärilshjärtfjärilen ser ännu svartare ut än svarta.

"Vissa djur har tagit svart till det extrema, "sa Alex Davis, en doktorand i labbet för Duke University -biologen Sönke Johnsen.

Fjärilarna de studerar är 10 till 100 gånger mörkare än kol, färsk asfalt, svart sammet och andra vardagliga svarta föremål. Så lite som 0,06% av ljuset som träffar dem reflekteras tillbaka till ögat. Det närmar sig de svartaste svarta beläggningarna som gjorts av människor för att hjälpa solpaneler att absorbera mer energi från solen, eller den linjen teleskop för att minska strålande ljus.

Ändå uppnår de denna ljusfångande effekt med vingskalor som bara är några mikron djupa, bara en bråkdel så tjock som de svartaste syntetiska beläggningarna.

I en studie i tidningen 10 mars Naturkommunikation , Duke-forskare rapporterar att ultrasvarta fjärilar från olika delar av världen ser ut att ha sammanfallit med samma trick. Hemligheten bakom att göra svarta så mörka och lätta, de säger, är inte ett överskott av melanin - pigmentet som är ansvarigt för kråkfjädrar eller en svart kattpäls. Det är en optisk illusion skapad av 3D-strukturen i fjärilarnas vingsvågar.

Ljus går in i deras våg, men väldigt lite av det studsar tillbaka.

I studien, Davis, Johnsen och hertigprofessorn Fred Nijhout använde högupplöst elektronmikroskopi för skanning och datorsimuleringar för att undersöka de mikroskopiska strukturerna på vingarna hos 10 arter av ultrasvarta fjärilar och fyra vanliga svarta eller mörkbruna fjärilar från Central- och Sydamerika och Asien.

Fjärilsvingar kan se släta ut med blotta ögat. På nära håll är det en annan historia. Förstorad tusentals gånger, fjärilvingar är täckta av vågar med en maskliknande yta av åsar och hål som leder ljus in i vågens svampiga inre. Där, pelarliknande vävnadsstrålar sprider ljus tills det absorberas.

Tills nyligen, förklaringen till de otroliga ljusabsorberande egenskaperna hos vissa svarta fjärilar var att det berodde på ett bikakeliknande mönster i de små hålen på skalans yta.

Men den nya studien föreslår "det spelar ingen roll, "Sa Johnsen. När man tittar på fjärilar från fyra underfamiljer-det bredaste utbudet av ultrasvarta fjärilar som har undersökts hittills-fann teamet att andra ultrasvarta fjärilar suger upp liknande mängder ljus med hjälp av hål med olika former och storlekar , från honungskakor och rektanglar till ett chevronmönster.

Det visar sig att de viktigaste skillnaderna mellan ultrasvarta och vanliga svarta skalor ligger någon annanstans. När de tittade på fjärilarnas vingar under ett elektronmikroskop, de fann att både ultrasvarta och vanliga svarta vågar har parallella åsar på ytan och pelare inuti. Men åsarna och pelarna är djupare och tjockare i ultra-svarta skalor jämfört med "normala" svarta vågar.

När laget efterliknade olika vingskalor i datasimuleringar, skalor som saknar antingen den kantade ytan eller inre pelare reflekterar upp till 16 gånger mer ljus. Det skulle vara som att gå från ultrasvart till mörkbrunt, Davis sa.

Denna 3D-arkitektur är så bra på att svälja ljus att de ultrasvarta skalorna fortfarande såg svarta ut även om de var belagda med guld.

"Du kan nästan inte göra dem glänsande, "Sa Davis.

Liknande djupa svarta har dykt upp i andra djur, som påfågelspindlar och paradisfåglar, som är kända för att reflektera så lite som 0,05% av synligt ljus.

Ingen av dessa naturliga skönheter är lika mörk som de svartaste syntetiska svarta på skivan, som absorberar mer än 99,99% av inkommande ljus med hjälp av tätt packade "skogar" av kolnanorör runt 10 till 50 mikron höga. Men vad gör fjärilar intressanta, säger forskarna, är de rival med den bästa ljusspelande nanotekniken, använder strukturer som bara är en bråkdel så tjocka.

I sista hand, fynden kan hjälpa ingenjörer att designa tunnare ultrasvarta beläggningar som minskar strålande ljus utan att tynga ner saker, för applikationer som sträcker sig från militär kamouflage - för smygflygplan som inte kan ses på natten eller detekteras av radar - till foder rymdteleskop riktade mot svaga, avlägsna stjärnor.

Varför ultra-svart färg har dykt upp igen och igen över fjärilens släktträd är fortfarande oklart, Sa Johnsen.

The blackness on the wings of many male butterflies is darker than it is on their female counterparts, so one theory is it helps them show off to potential mates. The black regions always border white, colored, or iridescent patches, so the idea is they might work like a dark picture frame to make the brighter blotches pop.

"Artists have known for a long time that the same color can look very different on different backgrounds, " Johnsen said.

Nästa steg, Davis said, is to figure out how many times butterflies have evolved ultra-black wings, and determine whether those species have anything in common that might help explain what favored the change.

"Why be so black?" Davis said. "We think it's likely some sort of signal to mates or maybe a predator. But there's a host of other possibilities, and we're hoping to clear that up."