大自然的生物為什麼很難得到藍色?


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大自然的生物為什麼很難得到藍色?

你最喜歡什麼顏色?

可能大部分人會選擇藍色,有調查顯示,藍色是世界上幾乎所有國家,不同膚色、不同文化的人最喜歡的顏色。

藍色也是藝術家和歐洲皇族最喜歡的顏色,想想畢加索的藍色時期,以及英國皇室的皇家藍就知道了。

我們喜歡藍色的很大一部分原因是天空和大海是藍色的,藍色是我們十分習慣看到,以及低成本的顏色。

然而,在合成染料可以做出任何顏色前,藍色是很難獲得顏色,特別是在生物中,藍色很少被演化,可以算是自然界最稀缺的一種顏色。

植物中只有不到十分之一的花是藍色的,葉子是藍色的更是鳳毛麟角,只有在熱帶雨林中有零星發現案例,而在動物界能顯現藍色的屈指可數。

為什麼藍色如此稀缺呢?

部分原因是,自然界中並沒有真正的藍色或藍色色素,植物和動物都必須對光線進行特殊處理才能呈現出藍色。

植物如何得到藍色?

對於植物來說,藍色是通過混合和調節自然產生的顏料來實現的,就像一個畫家只要幾個顏色就能配出所有不同顏色一樣。

我們可以看到許多不同顏色的花,但其實植物給自己的花調色的能力比畫家強許多,它們基本只要一個顏色就夠了,那就是紅色。

大部分花都會生產紅色色素(它的另外一個名字就是花青素),植物可以通過調節不同的酸鹼度來改變紅色色素。

這些變化,結合反射光,可以創造出一些壯觀的結果,有時候就是藍色。

雖然花可以通過這種方法得到藍色,但是植物絕對不喜歡用相同的方法得到藍色的葉子。

圖注:光譜圖,波長越短能量越大

這就要說我們藍光的物理特性了,早在1900年,普朗克發現了光子的特性,波長越短,頻率越高,也就意味著能量越大。

我們所看到的顏色是因為該顏色被物體反射了回來而不是吸收,比如植物顯示綠色,那是因為葉綠素不吸收綠色光。

藍光是波長最短、能量最大的可見光,如果它反射藍光,這就意味著它將浪費許多太陽光的能量,最終限制植物生長,這不是一個好的策略,所以大多數植物都避免這樣做。這是藍色色素很少在植物中形成的原因。

圖注:火烈鳥的紅來自食物

動物很少生產色素

雖然很多動物都有自己的顏色,但其實動物能生產的色素並不多,它們的色素大多來自於所吃的食物。

比如火烈鳥呈現粉紅色的,那是因為它們從最喜歡的食物——蝦中得到“染料”。

動物是自然界的消費者,它們只能從植物那裡獲取能量,但正如我前面說的,由於植物中很少或基本沒有真正的藍色色素,動物也就不能通過食物變成藍色了。

當然,我們可以找到一些呈現藍色的動物,它們的藍光閃閃基本是通過“物理知識”來控制光線實現的。

動物的藍色和植物有所不同,它們並不是通過色素的混合或改變的化學方法得到的,而是通過物理製造改變光波長的結構來實現的。

圖注:改變藍色大閃蝶的翅鱗,藍色就會消失

例如,藍色大閃蝶,它們的藍色是因為翅膀上的鱗片呈脊狀,這種脊狀鱗片導致光線彎曲,以至於它反射的光是藍色的波長。如果改變它們鱗片的形狀,藍色就會消失。

再比如藍松鴉,也是通過類似但略有不同的過程獲得顏色的。

藍松鴉每根羽毛都是由光散射組成的,羽毛上微小的“珠子”之間的間隔使得除了藍色以外的所有波長的光都被抵消了,它的做法有點像消噪耳機原理。

可以毫不誇張地說,每個呈現藍色的動物都是擁有一身“黑科技”裝備,但是有一個例外,那就是一種褐蝶(obrina olivewing butterfly),它是已知的唯一能夠真正產生藍色色素的動物。

圖注:已知唯一生產藍色色素的動物

最後:為什麼這些生物要呈現藍色?

植物不喜歡生產藍色,那是因為藍色是“浪費”的顏色,而動物生產色素的能力有限。既然藍色這麼難,那為什麼植物要努力成為化學天才,而動物要成為物理大師呢?

其實很簡單,這就回到生命的最初目的——繁衍下一代上了。簡單地說,你能呈現藍色,說明你與眾不同。

比如藍色的花,它之所以演化肯定是為了吸引更多或者特殊的傳粉者。

有研究表明,不同傳粉蜜蜂對顏色的偏好可能導致了我們今天看到的各種各樣的花朵顏色,當然包括藍色。

對動物來說,從昆蟲到爬行動物,再到鳥類,令人瞠目結舌的藍色對吸引註意力很有用,有些可以幫助吸引配偶(就像極樂鳥求愛的舞蹈),有些是警告捕食者(箭毒蛙)。

正是因為藍色難以獲取,這些擁有藍色的生物也就變得特殊和顯眼,這能讓它們在生存挑戰中得到一些優勢,所以藍色雖難,但有存在的意義。