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动物眼中的色彩

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大千世界,色彩缤纷。我们看到的所有颜色都是由红色、绿色、蓝色叠加而成的,因为我们的眼睛里有3种负责识别颜色的感光细胞,分别接收红光、绿光和蓝光。

其他动物也能辨别颜色吗?当然可以,只要它拥有足够种类的感光细胞。

如何判断动物有色觉

所谓颜色,其实是光的一种属性。光有不同波长,因而呈现出不同的颜色。可见光的波长由长到短,分别呈现赤橙黄绿蓝靛紫7种颜色。

我们能看见颜色,是因为眼睛接收到了相应波长的光。我们眼睛里有感光细胞,分为视锥细胞和视杆细胞,虽然都能“感光”,但各有各的职责。视杆细胞擅长捕捉微光,我们在漆黑的夜晚还能看见物体,就要归功于视杆细胞。不过,视杆细胞不能识别颜色,这就是为什么夜晚看到的世界是黑白的。识别颜色靠的是视锥细胞,但它必须在亮堂的地方才能发挥作用。

我们人类拥有3种视锥细胞,分别接收红光(波长564纳米)、绿光(波长534纳米)和蓝光(波长420纳米),然后将色彩信息传达给大脑。但这并不意味着每一种视锥细胞只能接收这一波长的光,只是各有所长而已。比如,负责接收蓝光的视锥细胞也能接收绿光,只是接收效果弱一些罢了,如果向它照射一束强烈的绿光和一束微弱的蓝光,它得到的信息是一样的,并不能区分强烈的绿光和微弱的蓝光。这就是说,仅有一种视锥细胞是不能识别颜色的。要想看见颜色,大脑需要对比两种以上视锥细胞传来的信息。所以,眼睛里至少要有2种不同的感光细胞。

这就是我们人类识别颜色的原理。其他动物有没有识别颜色的能力呢?我们当然没办法直接去问它们,不过,科学家可以通过检测感光细胞的种类,来判断它们能不能识别颜色:如果一种动物拥有两种以上的感光细胞,那么它就具有辨别颜色的能力,也就是色觉。

动物色觉大比拼

蜜蜂有3种感光细胞,跟人类一样,也拥有三色视觉,但它们接收的是紫外光、蓝光和绿光。可见,蜜蜂并不会对红花另眼相看,因为它们没有对应红光波长的感光细胞,根本看不清楚红色。好在,许多红花的花瓣也发射紫外光,所以蜜蜂能循着紫外光找到这些花朵,为它们传粉。

许多鸟类有4种感光细胞,除了红光、绿光、蓝光,还能接收紫外光。它们可以看到从紫外光到红光的多彩世界,还可以辨别颜色之间的细微差别。

拥有复杂色觉的动物,还有蝴蝶。科学家推测,它们的色觉系统由蜜蜂的三色视觉演化而来,只是经历了数百万年的洗礼,变得比蜜蜂复杂多了。例如,柑橘凤蝶有6种感光细胞,其中有5种分别用来检测紫外光、紫光、蓝光、绿光、红光,另有1种不针对特定波长,而对很长范围的波段都有响应。最近,科学家发现一种青带凤蝶居然拥有至少15种感光细胞,这是目前昆虫界的最高纪录。

有些蝴蝶的感光细胞还会因性别而不同,这种现象称为“两性异形”。菜粉蝶是一种小小的白色蝴蝶,雌性具有感知紫色的感光细胞,而雄性却没有,取而代之的是接收蓝光的感光细胞。而斑缘豆粉蝶的两性异形现象体现在红色感光细胞:雌性有3种感光细胞用来感知红色的细微差别,而雄性只有1种。

多多益善吗

你可能会问:蝴蝶拥有这么多种感光细胞,是不是色觉更好呢?

对我们人类来说,拥有的感光细胞种类越多,对颜色的感知确实更为敏锐。正常情况下,人类拥有3种视锥细胞;如果只有2种,就会出现辨别颜色的障碍——比如我们所说的“红绿色盲”;而如果拥有4种,就成为“四色视者”,能分辨1亿种颜色,远超正常人的100万种。

不过,在动物世界里,就不一定多多益善了。目前发现的感光细胞种类最多的动物,是一种居住在暗礁里的虾蛄,它有16种感光细胞。我们可能会猜测,有这么多感光细胞,眼中的世界一定格外异彩纷呈吧?事实并非如此,它们的色觉非常差。人类仅凭3种视锥细胞,就可以区分波长相差1纳米的光的颜色,而这种皮皮虾坐拥16种感光细胞,却只能分辨到15纳米。看起来,问题出在大脑上。为了生存,它们的大脑选择了“短平快”的色彩处理方式,可惜快则快矣,准确性就惨不忍睹了。

说回蝴蝶。柑橘凤蝶有至少6种感光细胞,那么,这些感光细胞都派上用场了吗?并没有。它们主要还是依靠接收紫外光、蓝光、绿光、红光的4种感光细胞,仍然是四色视觉,跟鸟类差不多;剩余的两种并没有用于识别颜色,而是承担了其他视觉功能。也许,它们的分工跟人类差不多,前四种相当于我们的视锥细胞,后两种相当于我们的视杆细胞。

那么,拥有15种感光细胞的青带凤蝶是蝴蝶中的色觉冠军吗?目前还没有结论。不过,参照它的近亲——柑橘凤蝶,这15种感光细胞里,很可能也只有4种是识别颜色的,剩余的11种,或许用来检测特殊的信号,比如空中快速飞过的物体,或者天敌身上发出的特定波长的光。

用动物的视角看世界

我们不是蜜蜂也不是蝴蝶,不可能真正像它们那样去看世界。那么,为什么还要研究其他动物的色觉呢?

首先,这可以帮助我们完成一些新型发明,比如不需要遥控器的无人机。蝴蝶等昆虫通过感知光线来完成飞行、觅食、躲避天敌等一系列动作,如果我们也让无人机用“眼睛”(可以由摄像机充当)来自动导航,无须遥控,该有多酷!

另一个潜在的应用领域是农业。如今,大量杀虫剂的使用带来了严重的环境污染,而且使害虫产生了抗药性。不如试着用光来驱赶害虫吧!前提是,我们必须知道那些害虫的眼睛是怎么工作的。

本文来自《科学画报》

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