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2020 年 06 月 23 日 星期 放大 缩小 默认  
科普中国

动物的超级色觉

科科

  人的眼睛有两种功能:一是看清物体,这叫视力;二是感觉颜色,这叫色觉。视觉和色觉的配合让世界可以形象地呈现在我们眼中。但对生活在地球上的动物来说,它们眼中的世界又是怎样一番奇妙的景象?它们眼中的世界会更艳丽吗?

  色觉依赖于颜色感受器

  严格说来,自然界中并不存在“颜色”,存在的只有不同波长的光波。在我们的视网膜上,有一类感光细胞叫锥状细胞。锥状细胞又分三种:第一种只对波长600纳米左右的红光敏感;第二种只对波长550纳米左右的绿光敏感;第三种只对波长450纳米左右的蓝光敏感,这就是所谓的“三原色”。在这些波长之间的光波,就可以由这三种锥状细胞根据感受程度混合出来。大脑通过对比它们的反应,于是产生了颜色的感觉,所以,锥状细胞在眼睛中扮演着颜色感受器的角色。如果一个人的锥状细胞基因发生了变异,那么他对光波(或者说颜色)的感觉,就会变得大不一样。

  动物能够分辨的颜色数量,依赖于它们拥有多少种颜色感受器。早期的鱼类有四种颜色感受器,这就是鱼类及其后代具有出色的色觉的原因。相比而言,哺乳动物就没那么幸运了。在数百万年的进化过程中,早期的哺乳动物为了能够在恐龙称霸的世界中生存下来,不得不昼伏夜行,渐渐地,它们失去了两种颜色感受器,因此,大多数哺乳动物的色觉并不好。所幸,我们灵长类动物的祖先后来又重新进化出了第三种颜色感受器,所以人类能够看见成千上万种狗或马不可见的颜色。一些人甚至还拥有第四种颜色感受器,他们能看到的色调又比正常人要多得多。

  把色觉延伸到紫外波段

  人类的眼睛所能看到的光波,其波长大约在400~800纳米之间,这一范围之外的光波——红外光和紫外光就不可见了。与人类不同,很多动物都能看见紫外光,例如昆虫、鱼类、爬行类和鸟类,它们能看到紫外光的本领其实相当普遍。

  人眼的水晶体会阻挡紫外光,但对于水晶体能透过紫外光的动物来说,紫外光则被视网膜转化为神经信号传递给大脑,为视觉系统所感知。伦敦城市大学的生物学家做了一项试验,结果发现,狗、猫和俄卡皮鹿等动物眼球的水晶体能透过一些紫外光,表明这些动物可能看得见紫外光。

  那么,动物看见紫外光有什么作用呢?研究人员表示,能看见紫外光有几种用处。啮齿动物可以利用紫外光色觉跟踪尿迹。驯鹿被认为是哺乳动物中非常罕见的拥有紫外光色觉的动物,利用这一点,它可以看到北极熊(在可见光下,北极熊融入雪景难以分辨)。蝴蝶有4种视锥细胞类型,它能够看到包括紫外光在内的神奇光谱。借助光感受细胞,蝴蝶能够以紫外光模式分辨许多植物的花瓣,以便它们能够瞄准想吃的花蜜。

  此外,还有许多哺乳动物,包括刺猬、雪貂、海豹、猪和兔子等,也都拥有紫外光色觉。

  夜间也能看到颜色

  很多人认为夜行动物和人类一样,它们在夜间只能看到物体的灰色影子,而无法觉察其颜色。也有人认为夜间的物体是没有颜色的。其实,物体在夜间也是有颜色的,它的颜色取决于它反射了什么波长的光波。对于一些夜行动物来说,它们甚至在夜间都能看到物体的颜色。

  瑞典隆德大学的研究人员以一种名为象天蛾的夜蛾做实验。实验中,研究人员在黄色或蓝色人造花表面涂上糖,接着模拟光线极其微弱的夜色环境(光线强度仅为白天的一亿分之一)。由于这种环境下花瓣和背景的亮度基本相同,研究人员原以为象天蛾会表现糟糕,出乎预料的是,象天蛾10次中有9次做出了正确选择。研究人员表示,象天蛾找准目标的原因不在于亮度,而是因为使用了光信号里的光谱成分──也就是我们所说的颜色。

  进一步研究发现,象天蛾使用三种颜色感受器:蓝、黄和紫外光。从理论上说,夜里象天蛾每个感受器接受的光线量都少得可怜,象天蛾本应该什么都看不见,但它自有应对之策,一是其眼底“配备”了一个镜子状的结构,可二次反射进入感受器的光;二是夜蛾的每个复眼都可从其他600个复眼补充光线。因此,在象天蛾看来,黑夜照样“亮堂堂”。研究人员称,象天蛾在夜里拥有出色的色觉,这在医学和军事等方面有广阔的应用前景。

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