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  • 1 # 趣談科學

    你是什麼顏色的,其實不取決於你自己,而是取決於你的獵物、天敵、甚至配偶!這個問題問得很好,非常值得回答,也非常有趣!其中涵蓋了進化論、生物學、光學,甚至是量子力學,但是不難理解!

    瞎羊碰上綠老虎

    我們從老虎抓羊的遊戲開始講起。話說有一隻羊一天在樹林裡溜達,邊走邊四處張望,邊嘮叨“兩隻老虎,兩隻老虎,跑得快......”,話音未落,面前的樹叢中串出一隻老虎,長開大嘴一口咬住它的脖子!羊致死都沒想明白,為什麼明明前面是一片樹葉,突然間卻變成了老虎!

    不知道此刻看文章的你想明白了嗎?樹葉是綠色的,老虎是橙色的,是反差非常大的顏色,為什麼羊只看到了樹葉?因為下圖,羊看到的世界是左邊那樣的,我們看到的世界是右邊那樣的。

    視覺

    你可能明白了,是的,這隻羊是色盲,它們很難把橙色和綠色區分開。實際上不止是這隻羊,大部分哺乳動物都是色盲,更確切的說是紅綠色盲,當然部分靈長動物除外,包括人類(我們就是這麼特)!

    簡單來說,你能看到什麼顏色取決於兩部分,光的顏色和你所能接收的顏色。

    我們可以看到什麼顏色,取決於我們眼睛中接收到的是顏色的光。在十字路口,亮紅燈,你看到紅色,亮綠燈你看到綠色。那紅的燈和綠燈有什麼本質的區別?它們可以叫光,可以叫電磁波,只因波長(頻率)不同,於是表達出了不同的特性。

    我們可以看見的光也叫做可見光,它屬於電磁波譜中特定的一段頻率。還有很多我們不可見的光,比如Sunny中的紫外線(短波),還有Sunny,開水,體溫向外輻射熱量的紅外線(長波)。除此之外Sunny也包含了人類的可見波段,所以我們可以看見它,但是它是混合光,涵蓋了短波的紫外線到長波的紅外線,人類可見的部分可以透過三稜鏡散色出來。

    自發光和反射光

    顏色除了可以透過光源(太陽)給予,還可以透過反射。我們看見萬物的顏色,主要來源於萬物對光的挑剔。當紅光和黃光混合照射到一個物體,如果這個物體可以吸收黃光,那麼它看起來就是紅色的。植物可以吸收太陽中的大部分波段,但是吸光的葉綠素對綠光不太敏感,所以綠光得以逃脫吸收,反射回來,於是大部分植物看起來都是綠的。

    Sunny和家裡用的電燈都屬於自發光源,不同的是Sunny來源於太陽內部的氫原子發生了核聚變,釋放了能量,而電燈則是透過電能轉化,但是從微觀上看,原理是相同的。在原子中的電子,在吸收外界能量時會從低能態躍遷到高能態,但是當它處於高能態時又極不穩定,又會退回到低能態。退回來時就會把吸收的能量以光子的形式釋放出來。

    因為光子具有波粒二象性,即體現粒子的性質(能量),同時也具有波動性(波長、頻率),它會向外擴散,根據它的波動性可以在光譜中找到它所對應的光。而決定其波長的就是電子低能態和高能態之間的能量差(下面簡稱△E)。總結起來說就是光源原子中的電子能量差決定了光源釋放出什麼樣的光。

    當光照射到物體上,構成物體的原子中的電子軌道間同樣存在△E,所以只吸收光中特定能量的光子。只有當光子的能量與△E相等時,電子才會吸收,其餘光子則不吸收。同樣因為波粒二象性,不同的物體中的原子不同,△E不同,所以物體吸收的光不同,反射光的波長則不同。

    例如:下圖是植物內所具有的色素,不同色素對太陽400~700的波段的可見光吸收率不同,則是因為不同色素原子中的△E不同,只有綠光波段的光子能量並不能與這些原子的能態差相匹配,所以在這些色素的組合下,只有綠光被反射出來。

    在電磁波譜中的可見光波段是對人定義的,不同的物種可接收的波段並不同,每個物種都會有自己的可見光波段,例如:蜜蜂可以看到紫外線,人類就不行,紫外線對它們來說就是可見光。

    不同色彩的視細胞,對不同波長的光的敏感度不同,可以對大腦反饋不同的顏色資訊。

    大腦反饋給我們的顏色都是透過三種視細胞(表達不同的顏色和灰度)以及黑視細胞對光的分析。透過這幾種感光細胞不同的搭配組合,於是我們就有了五彩斑斕的世界,這個過程就像是畫家的調色盤一樣。

    實際上人是一個特例,一般的哺乳動物只有兩種視細胞,所以它們可以“調”出的顏色就沒有人類這麼豐富多彩,並且因為視細胞對波段的靈敏度不同,所感受到的顏色也不同。例如:同樣的事物狗和人類看到的顏色會有很大的差別。

    就像上圖很多哺乳動物所看到的顏色,我們認為是綠色的,在它看來為土黃色,我們認為是橙色的對於它說也是土黃色,所以它們會把橙色的老虎錯判成土黃色的植物。當老虎隱藏在樹林中,只要一動不動就很難發覺,撞上老虎也就是這個道理。

    可以說大部分哺乳動物跟人類一比就是色盲。

    哺乳動物顏色單一

    在進化論中有一個非常經典的例子:尺蛾隨機變異出現了接近於環境的偽裝色,從而獲得更好的生存與繁衍。一般來說動物都存在對黑色與白色的感光細胞,所以黑與白在環境中形成的反差對生存極為重要。

    想一下我們吃雞時的“吉利服”,越能與環境融為一體,越容易生存,繁殖,繼續傳承這樣的優勢基因。

    獵物與環境為一體就不容易被天敵找到,捕獵者與環境為一體就更不容易被獵物發現。於是動物們在食物鏈的關係下,都向著更容易生存的方向演化。不過,此融為一體並非真正的融為一體,而是在天敵和捕獵者的眼中是融為一體的就行,就像老虎也不用非要變成綠的。

    只要可以迷惑天敵與獵物的視覺感受器就可以,從上圖的“調色盤”中可以發現:大部分哺乳動物的世界是土色調,棕色,紅色,黑色和黃色在哺乳動物的眼中顯示的顏色比較接近於環境,這容易偽裝。於是獅子,鹿,牛羚、老虎、熊、野兔子等等哺乳動物就長成了這樣。

    一般鳥類都有4種視錐細胞,能看到更多的顏色,比人類更優越。鳥類是昆蟲的天敵,為了更好的生存與覓食,它們就需要更多的顏色進行偽裝,所以鳥類和昆蟲的顏色更加豐富多彩。

    皮皮蝦有16種顏色感受器(視錐細胞),在地球上無論生物長成什麼顏色都無所遁形。

    有的動物有紅外波段的感受器,人類可見光波段對於它們來說沒什麼用,當我們自以為穿著一身綠的吉利服躺在草叢中很安全,實際上身體熱量散發的紅外線會出賣我們,無論我們穿什麼顏色衣服都沒用。相對於紅外波段,人類就是色盲。

    除此之外還有一些電磁波之外的原因,例如性選擇,有些動物會透過判斷對方的羽毛或者皮毛的顏色、長短、整潔程度等等來確認身體的強壯與健康,從而獲得配偶青睞,擁有更多的繁衍和生存的權利。

    總結

    哺乳動物顏色單調是為了在食物鏈相關的動物眼中“與環境為一體”,從而獲得更好的生存與繁殖。

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