科學家最新研究揭曉動物的彩色視覺能力

北京時間8月9日消息，據國外媒體報道，動物是鮮活的色彩，伴隨著黃蜂嗡嗡叫聲，它們釋放出「黃色警告」，魚類巧妙地利用身體顏色，隱藏在掠食者的視線之內，魚類身體顏色頗似穿過漣漪池塘的斑紋光線。動物之所以擁有顏色，是因為其它動物能夠看到它們。

自然界非常艷麗，難怪科學家數百年以來對於研究動物的顏色非常著迷，即使是今天，關於動物視覺、創造和使用色彩仍是生物學最吸引人的問題。

在過去幾年裡，動物視覺仍存在著未解之謎，因為色彩研究人員僅是人類，這意味著他們無法看到其它動物所看到的豐富鮮艷色彩。但是，目前最新技術將揭曉這一神秘面紗，攜帶型超光譜掃描儀和相機非常小，可以裝配在鳥類頭部，將有助於生物學家看到一些無法洞察的事物，正如《科學》雜誌刊登的一篇科學報道，這將是一個全新的世界。

一隻雄性孔雀展開美麗的尾巴，它在向雌性釋放求愛信號，研究顯示，雌孔雀並不關注美麗的羽毛，而是被雄孔雀的屁股所吸引。

生命視覺

動物視覺的原理是：光子打擊在岩石、植物或者其它動物的表面，其表面吸收一些光子，將另外一些光子反射，還有一些發生折射。這一過程都是基於色素和結構的分子排列，一些光子通過某些方式進入動物的眼睛，眼睛的特殊細胞傳輸這些光子信號至動物的大腦，而大腦能夠將這些信號像顏色和外形進行解碼分析。

是大腦決定有顏色物體是否是清楚有趣的結構，不同於來自樹木、沙子、天空、湖泊的光子，如果它成功了，將決定是否這些色彩事物是食物、潛在配偶或者是掠食者。研究報告合著作者、美國耶魯大學鳥類學家理查德·普魯姆（Richard Prum）說：「色彩生物學是複雜的級聯事件。」

動物最早的視覺模式只有光亮和黑暗，也就是說，基礎的灰度級視力最可能首先進化，因為動物可以預期黎明，以及感知掠過的陰影，最早類似眼睛的結構——扁平的感光細胞，可能無法解析更多的事物。研究報告合著作者布里斯託大學行為生態學家英尼斯·卡西爾（Innes Cuthill）說：「僅使用光亮和黑暗的問題在於外界信息是完全吵鬧的，同時，存在一個問題是如何確定一個事物的停止，以及另一個事物的開始。」

就像智能手機一樣，較高的解析度和明亮色彩將更加吸引顧客，就解析度而言，眼睛中的光敏細胞進化數百萬年時間，最終形成充滿液體、存在晶體的球狀體；對於色彩而言，需要更深入地觀察那些光敏細胞，鍥入其表面的蛋白質是視蛋白，每次它們被光子擊中，將轉換信號為抵達原始動物未發展大腦的電刺激。

原始的光亮/黑暗視蛋白將突變成分割狀態，能夠直接探測到特殊波長等級，色覺是非常重要的，以至於它在動物世界中多次獨立進化，例如：軟體動物、節肢動物和脊椎動物。

事實上，原始魚類具有四種不同的視蛋白，能夠感知四種光譜——紅色、綠色、藍色和紫外線。這種四重視覺能力叫做「四色視覺」，恐龍可能具備這種能力。因為恐龍可能是現代鳥類的祖先，許多鳥類也具有「四色視覺」。

但是現代哺乳動物的視覺並非如此，這可能是因為早期哺乳動物是夜間活動的小動物，它們在黑暗環境中進化了1億多年時間，試圖避免被擁有四色視覺的恐龍吞食。普魯姆說：「在這一時期，早期哺乳動物從它們的祖先繼承獲得複雜的視覺系統，相比之下，人類擁有一個改造的色覺系統，而魚類、鳥類和許多蜥蜴的色覺比人類更加豐富。」

實際上多數猴子和猿類都是二原色視者，它們看到的世界是淡灰色和淡紅色調的。科學家認為，早期靈長目動物恢復了三色視覺，這是因為它們發現樹木上有新鮮水果和不成熟樹葉，這意味著存在富有營養的食物。但是不管你多麼喜歡秋天的顏色，這個色彩斑斕的世界並沒有給予我們太多精彩的色覺，蟲子和鳥類是最大受益者。普魯姆說：「開花植物不斷進化，能夠向傳粉昆蟲釋放信號，通常人們會認為傳粉是一個美麗的偶遇，事實上關鍵在於昆蟲和鳥類視覺光譜上存在重疊。」

最新研究發現螳螂蝦並非擁有3-4種色覺受體，而是擁有12種不同的色覺受體。

顏色覆蓋

隨著動物們獲得感知顏色的能力，動物進化開始了一場展示競賽——色調和模式將有助於動物倖存下來，也成為動物幼年生存技能的標誌。自然界每一種色彩表達都能傳遞信號或者具有暗示性。

例如：「警戒態（aposematism）」是用於警告的顏色，蝴蝶明亮的顏色表達一種信號：「不要吃我，否則你會生病。」「保護色」是一種用於偽裝的顏色，此外，還有用於「社交」的色彩表達，以及與異性交配的色彩暗示。你知道雌獅更喜歡深棕色的雄獅嗎？或者你知道胡蜂能識別每隻胡蜂的模樣嗎？美國密歇根大學昆蟲學家伊麗莎白·蒂貝茨（Elizabeth Tibbetts）說：「一些黃蜂身體上有小黑點，其作用相當於空手道的腰帶，這將暗示其它黃蜂不要試圖與它打鬥。」

但是動物使用兩種截然不同的方法顯示顏色，第一種是色素，由色素細胞（涉及爬行動物、魚類和頭足類動物）和黑色素細胞（涉及哺乳動物和鳥類）產生色素，它們吸收了大部分光線波長，僅反射了少量，從而限制了它們的範圍和亮度。例如：多數動物不能自然產生紅色視覺，它們只能從一種叫做類胡蘿蔔素的植物化學物質中合成。

動物製造色覺的另一種方法是納米結構，昆蟲、鳥類都是色覺基礎結構專家，與顏料相比，納米結構是令人難以置信的，結構著色體散射光線形成明亮色彩，例如：寬尾蜂鳥上閃爍的彩虹色，或者金色聖甲蟲的金屬狀外殼。目前，科學家並不完全清楚彩虹色是如何進化，或許是向配偶發出信號，但為什麼一直持續，這是為什麼呢？

斑馬身體的條紋圖案具有很好的偽裝性。

破解生命中的彩虹色

彩虹色的問題與科學家關於動物著色的問題十分相近，他們能理解彩虹色在大範圍內的作用，但是仍存在著一些細微差別可以分辨出來。

美國加州大學戴維斯分校野生動物學家蒂姆·卡羅（Tim Caro）說：「雄性孔雀的尾巴非常美麗，這對雌性孔雀留下了深刻印象。但是雌性可能以不同的方式打動雄性。人們通常會盯著孔雀羽毛末端閃爍的眼睛狀圖案，而雌孔雀通常會盯著尾羽的底部，正是雄性孔雀的屁股吸引了雌性。為什麼雌孔雀會認為長羽毛的雄性屁股非常性感呢？目前沒有人知曉。

另一項新技術——先進納米材料，可使科學家重建動物將光線彎曲成彩虹色的能力，通過重建這些納米結構，科學家能夠發現動物製造納米結構的基因重要性。

同樣地，科學家採用最新放大技術觀看動物的眼睛結構，發現螳螂蝦並非擁有3-4種色覺受體，而是擁有12種不同的色覺受體，以及分析它們如何在迷幻效果的高光譜飽和色覺受體中觀看自然界事物。這並非完全真實的，螳螂蝦色覺通道並非總是連接在一起，並不像其它動物。卡羅說：「我們正在考慮，或許那些顏色受體是在其它非色彩信號作用下打開或者關閉。」

但很可能最重要的生物色覺現代創新方法是從不同學術領域將不同的專家聚集在一起，卡羅說：「目前有許多其它領域的專家開始研究動物色覺效果，他們包括：行為生物學家、神經生理學家、人類學家和結構生物學家等。」

這些專家來自全球各地，卡羅指出，把這些專家聚集在一起的原因是他們能夠最終綜合所有科學分支，並在世界範圍內對動物色覺產生全面理解認識。理解動物色覺的最重要技術不是相機或者納米表面，動物色覺是一個非常複雜的系統，猶如一架飛機的複雜結構，或者線路交錯疊加的互聯網。

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