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说好的伪装色,为什么老虎却长成了亮眼的金黄色?

已有 3403 次阅读 2019-7-14 21:37 |系统分类:科普集锦

  

  SME科技故事出品

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  谈到白化老虎,人类总会不自觉地投以同情之心。

  因为醒目的白色,很容易就暴露了它们在位置。

  即便作为顶级捕猎者,老虎很少受到其他动物的攻击,但雪白的毛色依然让它们寸步难行。

  还未等白化老虎靠近猎物,猎物们早就觉察这团“雪球”,逃之夭夭了。

  所以说,白化老虎的野外生存能力是很低的。

  

  孟加拉白虎其实算不上严格的“白化”,因为其皮肤还带有淡黑色的条纹

  但当我们在谈论老虎的伪装色时,其实还存在着另一个问题。

  难道全身金黄色的普通老虎,在绿色的丛林中就不会显眼了吗?

  如果想要真正与丛林融为一体,老虎就该演化成黄绿色才对呀!

  然而我们却从未见过原谅色的老虎。

  又或者说,我们没有见过任何皮毛是绿色的哺乳动物。

  

  当然,老虎为什么不是绿色的,直接原因在于哺乳动物的皮毛只有两种色素:真黑素(eumelanin,颜色为黑)和褐黑素(Pheomelanin,颜色为棕红)。

  这两种色素的含量以及比例不同,都会使毛发呈现不同颜色。

  因为没有绿色素,哺乳动物皮毛自然不可能长成绿色。(树懒是个例外,它们体表带绿是因为各种藻类)

  这是我们的生理结构决定的,基本已成定局,无法改变。

  

  但是,老虎选择金黄色的皮毛,也有其演化的适应性。

  因为老虎的目标猎物,如鹿、马、羊等基本上都是“红色色盲”。

  

  人与人之间的感觉都不一定是共通的,更何况是跨越物种。

  亮眼的金黄色,不过是人类眼中的老虎配色罢了。

  对于草原上的食草动物来说,它们还真的不易分清老虎毛色与周围环境的颜色。

  尽管毛皮是金黄色的,但老虎依然能闷声发大财,自然没必要将绿色往头上套了。

  

  模拟人眼中的老虎,和鹿眼中的老虎

  不但鹿、马、羊等是色盲,其实绝大多数的哺乳动物都是看不见鲜艳的红橙色的

  五光十色的世界,在它们眼里只有深浅不同的蓝色和绿色。

  反而不色盲的人类,才是哺乳动物中的叛徒。

  要了解这个问题,首先需要了解我们视网膜上的两类感光细胞:视杆细胞视锥细胞

  

  视杆细胞与暗视觉有关,它能使我们在昏暗的光线中也能视物,但没有辨色功能。

  视锥细胞则刚好相反,对光线没那么敏感,但它却能帮助我们区分颜色

  颜色,是光被视锥细胞接受后产生的感觉。

  我们都知道光是一种电磁波,而视锥细胞中的视蛋白则能通过探测不同的光线峰值,感知颜色。

  

  人类视锥细胞感光示意图,不同波长对应着不同颜色

  按照吸收光谱范围的不同,视锥蛋白可以进一步分为长波敏感视蛋白(红)、中波敏感视蛋白(绿)和短波敏感视蛋白(蓝)。

  如果进入人眼的是波长较长的650nm的光,那么大脑就会产生红色的视觉。

  当然,这只是针对单一光谱的分析,而现实生活中更多的是复合光。

  所以我们的视觉系统就会综合这三类视蛋白接收的信号和比例,最后形成对复杂光谱的感知。

  正常人一般都有感受三种波长的视锥蛋白,所以也被称为“三色视觉”

  

  但绝大多数哺乳类动物,却缺少了感受长波的视锥蛋白。

  于是乎,它们就只能看到蓝绿两种色光,无法分辨红色。

  相对于人类的三色视觉来说,这也被称为双色视觉

  在一定程度上来说,这种双色视觉动物眼里的世界,与人类红绿色盲是一样的。

  

  如果让人类红绿色盲,从一片绿色的丛林中找出橙红色老虎,其实与其他食草动物一样困难

  那么为什么人类相对于其他哺乳动物,能进化出“三色视觉”?

  这个问题,还需要追溯到约2.25亿至6500万年前的中生代。

  当时,地球上的霸主仍是像恐龙这样的爬行动物。

  与此同时,最早期的哺乳动物,也是在这个时间节点登上演化舞台的。

  而在这之前,地球上的大部分脊椎动物,都是拥有四种视锥细胞的

  也就是说,它们眼中的世界远比我们现在看到的要更艳丽多彩。

  

  恐龙的色觉就比人类好

  但在中生代时期,我们的祖先哺乳类动物却丢弃了两种视锥细胞。

  主要原因在于,那个时期的哺乳动物只能活在爬行动物支配的恐惧下。

  恐龙这类体型庞大的爬行动物,是坐稳了地球统治者的地位。

  而体型瘦小的哺乳动物,基本上是竞争不过爬行动物的,只能在夹缝中生存。

  但作为真正的机会主义者,哺乳动物还是能找到了属于自己的一片天地。

  

  恐龙时代的一种小型哺乳动物剑齿鼠,白天在深洞中睡觉,晚上才四处活动

  因为爬行动物属于冷血动物,在温度较低的夜间,它们的行动能力是相对较迟缓的。

  而利用恐龙的这一弱点,咱们的祖先哺乳动物则选择了黑夜。

  所以说,最早期的哺乳动物,基本上都是夜行性动物,昼伏夜出。

  而这也叫作“夜行瓶颈”假说,最早由生理光学与视光学方面的专家戈登·林恩·沃尔斯(Gordon Lynn Walls)提出。

  毕竟在恐龙称霸地球的时候,大白天出门基本就等于直接给恐龙们送便当呀。

  

  夜行的獾,到现在还有一大批哺乳动物是夜行性的

  但既然选择了黑夜,就要接受黑暗的改造了。

  在生存的压力下,哺乳动物在原本视锥细胞的基础上,演化出了一种全新的视杆细胞,获得了夜视能力。

  前面已经提到过,视杆细胞是没有辨色功能的。

  但却能帮助在昏暗的环境下,感受微弱的光线。

  这一变化让哺乳动物更加适应夜行的生存方式,视杆细胞在数量上也迅速超过了视锥细胞。

  要知道,我们视网膜上的视杆细胞竟占了95%,数量比视锥细胞多得多。

  人类的眼睛拥有1.2亿个视杆细胞,600~700万个视锥细胞

  但这还不算完,在同一时期哺乳动物还丢掉了两种视蛋白,只剩下了两种视锥细胞,辨色能力被大大地削弱。

  以现在的标准来看,这就是妥妥的色盲。

  大约在6500万年前,在白垩纪-第三纪的物种大绝灭事件中,非鸟恐龙就在地球上消失了。

  然而,哺乳动物却在这场浩劫中幸存了下来,开启了哺乳动物崛起的新篇章。

  

  图片来源:Mark Garlick

  在短短2000万年的时间,哺乳动物这帮色盲就称霸了整个大陆。

  而早期哺乳动物,也是在恐龙灭绝后开始纷纷放弃夜生活的。

  只是,“夜行的基因”已经深深地刻在了哺乳动物的身上。

  这也是为什么,现在绝大多数哺乳动物仍是“二色视觉”的根本原因。

  它们分不清光谱中红-黄-绿的部分,也就是我们俗称的“红绿色盲”。

  

  说到这,就不得不辟谣一下西班牙的斗牛传说。

  斗牛士挥舞着鲜艳的红布,已经成了斗牛场上最经典的一幕。

  但科学已经证明,牛是名副其实的色盲,根本分不清红色和绿色。

  那为什么斗牛士手中的红色旗子还是能激怒公牛呢?

  其实引起公牛兴奋的,并非旗子的颜色,而是旗子的明亮度以及挥动的幅度和频率。

  

  相反,想要用红色来引起人类的注意,则是可行的。

  因为哺乳动物家族中,灵长类动物是最幸运的一支了,拥有了更加优越的三色视觉

  大约4000~3000万年前,人类祖先负责编码红色视蛋白的基因就发生了复制。

  在这之后,复制来的副本还发生了突变,开始对绿色波长的光谱敏感。

  再加上原本就拥有的蓝色视蛋白,人类终于凑齐了“三色视觉”,能分辨蓝、绿、红三种光谱。

  

  一种解释认为,这可能与灵长类需要采集果实有关。

  因为水果成熟一般都是红色的。

  而三色视觉,则能辅助灵长类在森林环境中搜寻成熟的果实。

  对果实的颜色敏感,是有利于生存的,所以这一性状也得以保留。

  

  但是,关于灵长类的三色视觉,还有着许多未解之谜。

  因为并非所有灵长类都拥有三色视觉。

  例如绝大多数的新大陆猴(new world monkey)都是色盲,只拥有二色视觉。

  我们到现在还没能完全说清楚,为什么这些看上去处于色盲劣势的猴子能活到今天。

  不过,已经有不少证据显示,色盲其实也存在着一定优势的。

  

  一种色盲的新大陆猴,皇绒猴

  例如,与能够识别更多颜色的猴子相比,色盲的个体其实更善于发现伪装的昆虫

  有研究人员就曾研究过哥斯达黎加的两群卷尾猴。

  结果发现,色盲卷尾猴每小时捕抓到的昆虫,竟是有三色视觉卷尾猴的4倍。

  要知道在卷尾猴的群体中,经过伪装的昆虫其实占了食谱的1/4。

  

  从这个例子就能看出,色盲其实并非一无是处。

  恰恰相反,色盲可能正是因为某种优势才被保留下来的。

  

  事实上,人类的三色视觉也并非十拿九稳。

  到现今的人类中,大约还有8%是属于二色视觉的,而这部分人也被称为“红绿色盲”。

  曾经就看到一个问题,是这样描述的“为什么人类还保留着色盲基因?

  一般认为,一种隐性遗传疾病,发病率大于5%,那就表明这种性状具有一定的遗传优势。

  而科学家也已经发现,人类色盲拥有更强的夜视能力,以及某区间更高的色彩敏感度

  相传在一二战时期,色盲者就专门被雇佣来识破迷彩伪装,又或是专门在夜晚侦查。

  

  色盲更容易找出图中的狙击手

  其实在现代社会,色盲并不能算是一种缺陷,它不会影响到人类的生存。

  只是他们看到的世界,和我们有些不一样罢了。

  色盲是个相对概念。

  如果硬要对比,在人类中其实还存在着极其罕见的四色视觉,拥有着四种视锥细胞。

  

  澳大利亚四色视觉画家Antico的画作与景物照片对比

  那么与这部分“超视者”对比,我们这些所谓的正常人是不是也属于色盲呢?

  *参考资料

  李志强,何舜平.脊椎动物视蛋白基因分子进化的研究进展[J].水生生物学报.2009.11

  陈萌萌,于黎,靳伟,张鑫,张亚平.哺乳动物视锥蛋白基因进化研究进展[J].中国科学.2010.11

  Gerald H. Jacobs.Evolution of colour vision in mammals[J].Philos Trans R Soc Lond B Biol Sci.2009

  The nocturnal bottleneck and the evolution of activity patterns in mammals[J].Proc Biol Sci.2013

  Alison K.Surridge,Daniel Osorio,Nicholas I.Mundy.Evolution and selection of trichromatic vision in primates[J] .Trends in Ecology&Evolution.2003

  George. M. Stratton. The Color Red, and the Anger of Cattle. Psychological Review.1923

  Colour blindness not all it seems.BBC.2005

  Amanda D. Melin, Linda M. Fedigan, Chihiro Hiramatsu, Courtney L. Sendall, Shoji Kawamura.Effects of colour vision phenotype on insect capture by a free-ranging population of white-faced capuchins, Cebus capucinus[J].Animal Behaviour.2007

  David Robson.The women with superhuman vision. September.BBC.2014



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