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湖北省科协 | 动物们的超级色觉

发布时间:2020-05-20 11:43 来源:荆楚网

  自然界中并不存在“颜色”这种东西,存在的只有不同波长的光波。所谓色觉,就是对光波的感觉。


  我们的眼睛有两种功能:一是看清物体,这叫视力;二是感觉颜色,这叫色觉。一般人的眼睛都有这两种功能,但有些人视力虽然很好,能看得很远,色觉却很弱,对颜色辨别不清,甚至对颜色全无感觉,他们的世界只有明暗之分,这种叫全色盲。
 
 色觉依赖于颜色感受器
  严格说来,自然界中并不存在“颜色”这种东西,存在的只有不同波长的光波。在我们眼睛的视网膜上,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”。那么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——令人惊讶的是,这种情况还相当普遍——那么他对光波(或者说颜色)的感觉,就会变得大不一样。
  而且,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,这就是为什么鱼类和它们的后代——包括两栖类、爬行类和鸟类——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。为大家熟知的一个事实是,狗是可怜的色盲。
  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色调(各种颜色的调配和组合)。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。
  在大约每10个女人中,就有1个的眼睛里除了普通的红光感受器外,还有一种普通红光感受器的变异体——这其实相当于多了一种颜色感受器。不过,其中大多数人的色觉还是与常人无异(说明新增的颜色感受器没起到什么作用)。但也有极少的人,发展出了超级色觉,能看到比常人多得多的颜色。在这些人眼中,世界到底像什么样子,其他人只能凭猜测了。
 
 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,从波长较短的紫光延伸到波长较长的红光。这一范围的光波,即所谓的“可见光”——“可见”是指对人眼而言的。这一范围之外的光波——红外光和紫外光,对于我们就不可见了。
  但在昆虫、鱼类、爬行类和鸟类中,能看到紫外光的本领其实相当普遍,尤其是那些有着较小眼睛,能较少滤去紫外光的动物物种。蜜蜂就具有出色的紫外光色觉,因为它刚好具有能探测紫外光的颜色感受器。但有得必有失,它对长波段的红光的色觉就差远了。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。还有许多哺乳动物,包括刺猬、猫、雪貂、海豹、猪和兔子等等,也都拥有紫外光色觉。


  一些人也能看到近紫外光。他们为什么能做到这一点呢?这源于他们的眼睛发生了病变。我们视网膜上的颜色感受器其实是能探测紫外光的,可惜波长短于400纳米的光波通常都被眼睛的晶状体过滤掉了。但一些患有白内障的人,他们的晶状体发生了病变,无法过滤紫外光,所以就能看到“更紫”的颜色。譬如,法国著名印象派画家莫奈在晚年患了白内障之后,就开始能够看到紫外光,所以莫奈晚年的作品由鲜艳明亮的色彩一变而为朦胧的深褐色和深红色。
 
 夜间也能看到颜色
  直到最近,我们都以为夜行动物在夜间也像我们一样,只能看到物体的灰色影子,而无法觉察其颜色。或者,我们根本不认为夜间的物体是有颜色的。
  但毫无疑问,物体在夜间也是有颜色。前面已经说了,这个世界上不存在“颜色”这种东西,存在的只是不同波长的光波。物体的颜色取决于它反射了什么波长的光波。白天,物体反射了可见光,让我们感觉到颜色。到了夜间,由于光线暗淡,我们三种锥状细胞对光的反应也就太弱,我们只能依赖视网膜上的另一类感光细胞——柱状细胞。柱状细胞对光远比锥状细胞敏感,但因为仅有一种类型的柱状细胞,所以它不能帮我们辨别颜色。
  许多夜行动物眼睛中的感光细胞也像人类一样分为柱状细胞和锥状细胞,但两者的数量之比与我们大相径庭,在它们的眼睛中,柱状细胞远多于锥状细胞。这样的结果是:一方面在白天光线充足的情况下,它们的色觉不如我们;但另一方面,在夜间光线暗淡的情况下,视力又远胜于我们。
  不过,也有一些夜行动物是例外,它们甚至在夜间都能看到物体的颜色。壁虎就是一个例子。


  壁虎能拥有这种超级能力,说来有些好笑:今天的壁虎虽然只在夜间出来活动,但它的祖先却是不折不扣的昼行动物——只在白天活动。这样,进化过程中它们渐渐失去了所有的柱状细胞。因为在白天光线充足的情况下,柱状细胞用处不大。可是,当壁虎为环境所迫,不得不改为夜行时,这下可就麻烦了。没有了柱状细胞,怎么能在夜间看到光线呢?在这种情况下,只好让锥状细胞长得更大,来替代柱状细胞的感光功能。壁虎的锥状细胞对光的敏感程度是人类锥状细胞的350倍。锥状细胞变大赋予它更强大的辨色本领,在黑暗中也能分辨物体的颜色。但为此它也付出了代价:由于锥状细胞变大,又缺乏柱状细胞,它的眼睛分辨力变差了,很多我们能看清的细节,对于壁虎都像打了马赛克。
  除了壁虎,一些昆虫也拥有夜间的色觉,包括天蛾、金龟子和木蜂。木蜂利用夜间的色觉来发现黑暗中的花朵。
  这些发现激发了人类的灵感。目前比利时的一个研究小组正在开发一套夜间色觉系统,通过模拟金龟子在夜间对光线的处理,在光线不好的条件下,拍摄出更好的图片。此类技术未来有望为驾驶员在夜间行驶时,提供更好的帮助。

 

来源:大科技

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