自然界里蓝色已经够稀罕了,但紫色比蓝色还要罕见。动物科普频道Pack Vibes专门做了一期视频解释这件事,核心结论一句话:进化从来没有为紫色准备过一条简单的路。
要理解紫色为什么难,得先搞清楚动物身上颜色是怎么来的。Pack Vibes用两只鸟和蝴蝶做了对比,把这件事拆得很清楚。
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色素是科学,结构色是建筑
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鲜红色的北美红雀,羽毛里含有红色色素。就算把羽毛磨成粉,红色依然在。这是色素的路子——白色光打到色素分子上,分子吸收掉某些波长的光,没被吸收的反射进眼睛,就成了我们看到的颜色。
Morpho蝴蝶就不一样了。它翅膀的蓝,磨碎了就没了。从上往下打光看是鲜蓝色,从下往上打光再看就变成褐色,往翅膀上滴酒精,蓝色还会变成绿色。原因是它翅膀表面的鳞粉让光发生了干涉,蓝色色素根本不存在。这种靠表面凹凸和纤维结构干涉光波长产生的颜色,叫结构色。
Pack Vibes给了一个很好记的比喻:色素是科学,结构色是建筑。
蓝色色素在自然界几乎不存在,靠色素显蓝的动物只有极少数蝴蝶和鱼。但蓝色可以靠结构色做出来,所以蓝色动物反而不少。紫色就卡在了更尴尬的位置上。
紫色和紫罗兰色,物理上不是一回事
这里有个容易被忽略的前提:紫色(Purple)和紫罗兰色(Violet)看着像,物理上完全不同。
紫罗兰色是可见光谱的一部分,位于短波长的末端,有对应的单一波长。紫色则没有单一波长,它是红光和蓝光同时进入眼睛时产生的错觉,属于非光谱色。
所以当一只动物看起来发紫,可能是两种情况:它展示的是光谱里的紫罗兰色,或者它把不同波长组合起来制造了紫色错觉。这两条路,都不好走。
亚马逊雨林里的紫冠娇鹟,脖子到胸口是鲜艳的青紫色。研究显示,它的颜色既不是纯色素,也不是纯结构色,而是两者同时用上才做出来的。
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另一个常被提到的例子是紫小灰蝶。它全身其实是褐色的,只在特定光照角度下才显出深紫色。研究测出,它的颜色正好落在紫色和紫罗兰色中间,而且只有在光打到翅膀的18度范围内,这层紫色才看得见。
18度。这就是自然界做紫色的精度要求。
哺乳动物为什么彻底出局
紫色体色的动物集中在昆虫和鸟类身上,它们的体表、鳞粉、羽毛都有精细结构。到了哺乳动物这里,情况更受限。
鱼类、两栖类、爬行类有色素胞,能主动制造各种颜色。哺乳动物只有黑色素细胞,靠黑色素显色,能产出的就是深棕、黑、黄和偏红的色调。黑熊、白兔、红狐都是这套系统的产物,而它做不出蓝色,更做不出紫色。
哺乳动物能不能靠结构色补上?最接近的是山魈。它脸上有发蓝的隆起部分,一个多世纪以来人们都以为那是组织散射光造成的。后来更细致的研究发现,那部分里有胶原纤维排列,是纤维在强烈反射蓝光。
Pack Vibes的判断是:紫色动物稀少,是因为进化里压根不存在一条简单制造紫色的方法。只能在极小角度下显紫的蝴蝶翅膀,正好说明了这件事有多难。再加上哺乳动物的色素化学比其他脊椎动物受限更多,而毛发本身也不适合表现精细的结构色。
水里还有更奇怪的情况。紫海星有时是漂亮的紫色,有时又是橙色、红色或棕色。它的颜色大多来自类胡萝卜素,跟饮食、环境和遗传都有关系,具体机制至今没有完全解开。
从18度的蝴蝶翅膀,到要靠两种机制叠加的紫冠娇鹟,再到彻底被色素系统挡在门外的哺乳动物——紫色在自然界稀缺,不是偶然,是物理和进化一起设下的门槛。
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