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大自然的生物为什么很难得到蓝色?

你最喜欢什么颜色?

可能大部分人会选择蓝色,有调查显示,蓝色是世界上几乎所有国家,不同肤色、不同文化的人最喜欢的颜色。

蓝色也是艺术家和欧洲皇族最喜欢的颜色,想想毕加索的蓝色时期,以及英国皇室的皇家蓝就知道了。

我们喜欢蓝色的很大一部分原因是天空和大海是蓝色的,蓝色是我们十分习惯看到,以及低成本的颜色。

然而,在合成染料可以做出任何颜色前,蓝色是很难获得颜色,特别是在生物中,蓝色很少被演化,可以算是自然界最稀缺的一种颜色。

植物中只有不到十分之一的花是蓝色的,叶子是蓝色的更是凤毛麟角,只有在热带雨林中有零星发现案例,而在动物界能显现蓝色的屈指可数。

为什么蓝色如此稀缺呢?

部分原因是,自然界中并没有真正的蓝色或蓝色色素,植物和动物都必须对光线进行特殊处理才能呈现出蓝色。

植物如何得到蓝色?

对于植物来说,蓝色是通过混合和调节自然产生的颜料来实现的,就像一个画家只要几个颜色就能配出所有不同颜色一样。

我们可以看到许多不同颜色的花,但其实植物给自己的花调色的能力比画家强许多,它们基本只要一个颜色就够了,那就是红色。

大部分花都会生产红色色素(它的另外一个名字就是花青素),植物可以通过调节不同的酸碱度来改变红色色素。

这些变化,结合反射光,可以创造出一些壮观的结果,有时候就是蓝色。

虽然花可以通过这种方法得到蓝色,但是植物绝对不喜欢用相同的方法得到蓝色的叶子。

图注:光谱图,波长越短能量越大

这就要说我们蓝光的物理特性了,早在1900年,普朗克发现了光子的特性,波长越短,频率越高,也就意味着能量越大。

我们所看到的颜色是因为该颜色被物体反射了回来而不是吸收,比如植物显示绿色,那是因为叶绿素不吸收绿色光。

蓝光是波长最短、能量最大的可见光,如果它反射蓝光,这就意味着它将浪费许多太阳光的能量,最终限制植物生长,这不是一个好的策略,所以大多数植物都避免这样做。这是蓝色色素很少在植物中形成的原因。

图注:火烈鸟的红来自食物

动物很少生产色素

虽然很多动物都有自己的颜色,但其实动物能生产的色素并不多,它们的色素大多来自于所吃的食物。

比如火烈鸟呈现粉红色的,那是因为它们从最喜欢的食物――虾中得到“染料”。

动物是自然界的消费者,它们只能从植物那里获取能量,但正如我前面说的,由于植物中很少或基本没有真正的蓝色色素,动物也就不能通过食物变成蓝色了。

当然,我们可以找到一些呈现蓝色的动物,它们的蓝光闪闪基本是通过“物理知识”来控制光线实现的。

动物的蓝色和植物有所不同,它们并不是通过色素的混合或改变的化学方法得到的,而是通过物理制造改变光波长的结构来实现的。

图注:改变蓝色大闪蝶的翅鳞,蓝色就会消失

例如,蓝色大闪蝶,它们的蓝色是因为翅膀上的鳞片呈脊状,这种脊状鳞片导致光线弯曲,以至于它反射的光是蓝色的波长。如果改变它们鳞片的形状,蓝色就会消失。

再比如蓝松鸦,也是通过类似但略有不同的过程获得颜色的。

蓝松鸦每根羽毛都是由光散射组成的,羽毛上微小的“珠子”之间的间隔使得除了蓝色以外的所有波长的光都被抵消了,它的做法有点像消噪耳机原理。

可以毫不夸张地说,每个呈现蓝色的动物都是拥有一身“黑科技”装备,但是有一个例外,那就是一种褐蝶(obrina olivewing butterfly),它是已知的唯一能够真正产生蓝色色素的动物。

图注:已知唯一生产蓝色色素的动物

最后:为什么这些生物要呈现蓝色?

植物不喜欢生产蓝色,那是因为蓝色是“浪费”的颜色,而动物生产色素的能力有限。既然蓝色这么难,那为什么植物要努力成为化学天才,而动物要成为物理大师呢?

其实很简单,这就回到生命的最初目的――繁衍下一代上了。简单地说,你能呈现蓝色,说明你与众不同。

比如蓝色的花,它之所以演化肯定是为了吸引更多或者特殊的传粉者。

有研究表明,不同传粉蜜蜂对颜色的偏好可能导致了我们今天看到的各种各样的花朵颜色,当然包括蓝色。

对动物来说,从昆虫到爬行动物,再到鸟类,令人瞠目结舌的蓝色对吸引注意力很有用,有些可以帮助吸引配偶(就像极乐鸟求爱的舞蹈),有些是警告捕食者(箭毒蛙)。

正是因为蓝色难以获取,这些拥有蓝色的生物也就变得特殊和显眼,这能让它们在生存挑战中得到一些优势,所以蓝色虽难,但有存在的意义。