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                    《科學畫報》

                    開博時間:2016-07-01 14:43:00

                    由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史?!犊茖W畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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                    動物眼中的色彩

                    2021-06-02 13:34:00

                      大千世界,色彩繽紛。我們看到的所有顏色都是由紅色、綠色、藍色疊加而成的,因為我們的眼睛里有3種負責識別顏色的感光細胞,分別接收紅光、綠光和藍光。

                      其他動物也能辨別顏色嗎?當然可以,只要它擁有足夠種類的感光細胞。

                      如何判斷動物有色覺

                      所謂顏色,其實是光的一種屬性。光有不同波長,因而呈現出不同的顏色??梢姽獾牟ㄩL由長到短,分別呈現赤橙黃綠藍靛紫7種顏色。

                      我們能看見顏色,是因為眼睛接收到了相應波長的光。我們眼睛里有感光細胞,分為視錐細胞和視桿細胞,雖然都能“感光”,但各有各的職責。視桿細胞擅長捕捉微光,我們在漆黑的夜晚還能看見物體,就要歸功于視桿細胞。不過,視桿細胞不能識別顏色,這就是為什么夜晚看到的世界是黑白的。識別顏色靠的是視錐細胞,但它必須在亮堂的地方才能發揮作用。

                      我們人類擁有3種視錐細胞,分別接收紅光(波長564納米)、綠光(波長534納米)和藍光(波長420納米),然后將色彩信息傳達給大腦。但這并不意味著每一種視錐細胞只能接收這一波長的光,只是各有所長而已。比如,負責接收藍光的視錐細胞也能接收綠光,只是接收效果弱一些罷了,如果向它照射一束強烈的綠光和一束微弱的藍光,它得到的信息是一樣的,并不能區分強烈的綠光和微弱的藍光。這就是說,僅有一種視錐細胞是不能識別顏色的。要想看見顏色,大腦需要對比兩種以上視錐細胞傳來的信息。所以,眼睛里至少要有2種不同的感光細胞。

                      這就是我們人類識別顏色的原理。其他動物有沒有識別顏色的能力呢?我們當然沒辦法直接去問它們,不過,科學家可以通過檢測感光細胞的種類,來判斷它們能不能識別顏色:如果一種動物擁有兩種以上的感光細胞,那么它就具有辨別顏色的能力,也就是色覺。

                      動物色覺大比拼

                      蜜蜂有3種感光細胞,跟人類一樣,也擁有三色視覺,但它們接收的是紫外光、藍光和綠光??梢?,蜜蜂并不會對紅花另眼相看,因為它們沒有對應紅光波長的感光細胞,根本看不清楚紅色。好在,許多紅花的花瓣也發射紫外光,所以蜜蜂能循著紫外光找到這些花朵,為它們傳粉。

                      許多鳥類有4種感光細胞,除了紅光、綠光、藍光,還能接收紫外光。它們可以看到從紫外光到紅光的多彩世界,還可以辨別顏色之間的細微差別。

                      擁有復雜色覺的動物,還有蝴蝶??茖W家推測,它們的色覺系統由蜜蜂的三色視覺演化而來,只是經歷了數百萬年的洗禮,變得比蜜蜂復雜多了。例如,柑橘鳳蝶有6種感光細胞,其中有5種分別用來檢測紫外光、紫光、藍光、綠光、紅光,另有1種不針對特定波長,而對很長范圍的波段都有響應。最近,科學家發現一種青帶鳳蝶居然擁有至少15種感光細胞,這是目前昆蟲界的最高紀錄。

                      有些蝴蝶的感光細胞還會因性別而不同,這種現象稱為“兩性異形”。菜粉蝶是一種小小的白色蝴蝶,雌性具有感知紫色的感光細胞,而雄性卻沒有,取而代之的是接收藍光的感光細胞。而斑緣豆粉蝶的兩性異形現象體現在紅色感光細胞:雌性有3種感光細胞用來感知紅色的細微差別,而雄性只有1種。

                    蜜蜂

                      多多益善嗎

                      你可能會問:蝴蝶擁有這么多種感光細胞,是不是色覺更好呢?

                      對我們人類來說,擁有的感光細胞種類越多,對顏色的感知確實更為敏銳。正常情況下,人類擁有3種視錐細胞;如果只有2種,就會出現辨別顏色的障礙——比如我們所說的“紅綠色盲”;而如果擁有4種,就成為“四色視者”,能分辨1億種顏色,遠超正常人的100萬種。

                      不過,在動物世界里,就不一定多多益善了。目前發現的感光細胞種類最多的動物,是一種居住在暗礁里的蝦蛄,它有16種感光細胞。我們可能會猜測,有這么多感光細胞,眼中的世界一定格外異彩紛呈吧?事實并非如此,它們的色覺非常差。人類僅憑3種視錐細胞,就可以區分波長相差1納米的光的顏色,而這種皮皮蝦坐擁16種感光細胞,卻只能分辨到15納米??雌饋?,問題出在大腦上。為了生存,它們的大腦選擇了“短平快”的色彩處理方式,可惜快則快矣,準確性就慘不忍睹了。

                      說回蝴蝶。柑橘鳳蝶有至少6種感光細胞,那么,這些感光細胞都派上用場了嗎?并沒有。它們主要還是依靠接收紫外光、藍光、綠光、紅光的4種感光細胞,仍然是四色視覺,跟鳥類差不多;剩余的兩種并沒有用于識別顏色,而是承擔了其他視覺功能。也許,它們的分工跟人類差不多,前四種相當于我們的視錐細胞,后兩種相當于我們的視桿細胞。

                      那么,擁有15種感光細胞的青帶鳳蝶是蝴蝶中的色覺冠軍嗎?目前還沒有結論。不過,參照它的近親——柑橘鳳蝶,這15種感光細胞里,很可能也只有4種是識別顏色的,剩余的11種,或許用來檢測特殊的信號,比如空中快速飛過的物體,或者天敵身上發出的特定波長的光。

                    蝴蝶

                      用動物的視角看世界

                      我們不是蜜蜂也不是蝴蝶,不可能真正像它們那樣去看世界。那么,為什么還要研究其他動物的色覺呢?

                      首先,這可以幫助我們完成一些新型發明,比如不需要遙控器的無人機。蝴蝶等昆蟲通過感知光線來完成飛行、覓食、躲避天敵等一系列動作,如果我們也讓無人機用“眼睛”(可以由攝像機充當)來自動導航,無須遙控,該有多酷!

                      另一個潛在的應用領域是農業。如今,大量殺蟲劑的使用帶來了嚴重的環境污染,而且使害蟲產生了抗藥性。不如試著用光來驅趕害蟲吧!前提是,我們必須知道那些害蟲的眼睛是怎么工作的。

                      文/四月

                    本文來自《科學畫報》

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