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大自然何时变得如此斑斓?颜色的进化之谜

常驻编辑 网络热点 2025-07-07

色彩比你想象的古老,视觉比色彩更早进化,研究揭示自然界“上色”的时间表。Ygk拜客生活常识网

大自然缤纷多彩,而其中许多艳丽的颜色就是为了“被看见”。红彤彤的苹果诱使动物传播种子,薰衣草的紫色花朵吸引蜜蜂授粉,雄孔雀拖着蓝色尾羽更容易赢得配偶青睐。Ygk拜客生活常识网

但这五彩世界,并不是每个生命都能欣赏。只有那些具备色觉的动物,才能感知这些色彩背后的信号;对缺乏色觉或完全色盲的生物而言,这些鲜艳颜色毫无意义。这就引发了一个古老的进化疑问:到底是色彩信号先出现,还是色觉先演化出来?自然界何时才真正“上色”?Ygk拜客生活常识网

“Oklahoma State University 的进化生物学家 Zachary Emberts 提出:“有些鸟是红的,有些蛇也是红的,还有些植物长出红色果实,在这些情境中,红色都是一种信号。”这促使他思考:显眼色彩如红色,最初的作用是什么?而色觉又是为何而生?Ygk拜客生活常识网

Emberts 与他之前的博士后导师、亚利桑那大学的进化生态学家 John Wiens 联手,梳理了数亿年的进化史。他们翻阅化石记录,重建系统发育树,尝试回答那个“先有鸡还是先有蛋”的问题:色彩信号和色觉,哪个先出现?通过现存物种的性状构建时间线,他们推测出植物与动物首次使用颜色发出信号的大致时间。接着,他们检验了一个大胆的假设,色觉与色彩信号是同时演化的。Ygk拜客生活常识网

英国斯旺西大学研究感官系统的生态学家 William Allen 并未参与这项研究,但他称赞道:“我喜欢这篇论文的野心和自信,它不怕提出宏大的问题,并愿意面对不可避免的推测。”Ygk拜客生活常识网

Wiens 早在德克萨斯大学奥斯汀分校读博时,就对动物的色彩深感兴趣。他的博士论文研究了蓝腹蜥蜴,这种蜥蜴背部灰褐色,但腹部却闪着蓝光。他发现,雄性蜥蜴的蓝色斑块会在进化过程中反复出现与消失,或许因为雌性在某些支系中不再响应这一信号。这个发现唤起了他对色彩产生与识别机制的长期兴趣。Ygk拜客生活常识网

当然,使用色彩也有风险。为了吸引配偶而变得鲜艳,也可能暴露在捕食者眼前。但色彩之所以能在进化史中留下痕迹,说明它的益处足以抵消这些风险。然而,没有色觉的生物,对色彩没有认知能力,鲜明颜色便毫无意义,也就没有进化出这种性状的必要。Wiens 开始好奇:物种到底为何进化出色觉?是为了找到色彩鲜艳的果实、花朵还是配偶?那时候的世界真的已经如此多彩了吗?Ygk拜客生活常识网

这些问题他一度搁置,转而专注研究爬行动物和两栖类的进化。但这些念头一直挥之不去。最终,他与 Emberts 合作,尝试重建生命色彩的进化历史。他们整理了大量文献,结合已有和自建的系统发育树与化石记录,为色彩和色觉的出现时间打上估算标签。虽然这种方法并不完美,但通常来说,如果多个近亲物种拥有某一特征,就可以推测这一特征源于共同祖先。Ygk拜客生活常识网

他们设想了几种可能性。也许色觉最初是为寻找庇护、辨认食物或定位地形而演化,而不是为了识别信号。但他们更倾向于一种动态的推测:色觉和色彩信号,如果实、花朵、求偶斑纹或警告色,可能是同步演化的。Ygk拜客生活常识网

他们发现,大约3亿年前,生命体开始展现出鲜明的颜色,首先是在果实和种子上。花朵的色彩可能紧随其后。尽管学界对被子植物的“最早祖先”存在争议,Wiens 表示大致时间在1.4亿至2.5亿年前之间,平均估算为2亿年。Ygk拜客生活常识网

再往后,大约1.3亿年前,动物开始利用颜色来吓退捕食者。最早的化石证据来自一只琥珀中的蟑螂,虽然具体颜色难以判断。约1.05亿年前,一类蝴蝶的幼虫可能开始出现黄色、红色和橙色的警告色,研究者从当今它们色彩斑斓的后代中推断出这一点。Ygk拜客生活常识网

和花朵颜色大多源于单一祖先不同,警告色则广泛存在于九个不同门类中,这意味着这种颜色可能独立演化了无数次。甚至出现在一些本身看不见颜色的生物身上,因为它们的捕食者具备色觉。Ygk拜客生活常识网

最终,动物们开始利用色彩吸引配偶。大约1亿年前,两类鱼类,细长的针鱼和射线鳍鱼类如卵鳉,开始在体表出现颜色。这类性别信号在脊椎动物与节肢动物中也独立出现过许多次。但与警告色不同,这种信号只存在于具备色觉的物种中。Wiens 强调:“你必须能看到同类的颜色,这种求偶信号才有意义。”Ygk拜客生活常识网

更令人惊讶的是,这些色彩信号的出现时间,远晚于色觉的进化。研究发现,色觉大约在4亿至5亿年前,就已在节肢动物和脊椎动物中各自独立演化过两次。这意味着,色觉比色彩信号早了至少1亿到2亿年。Ygk拜客生活常识网

在动物王国中,视觉感知的多样性令人惊叹。动物看到什么,取决于视网膜的结构和神经系统的处理方式。大多数昆虫能看到紫外线、蓝光和绿光,但节肢动物之间差异极大。例如螳螂虾的眼睛有多达12种颜色通道,能看见紫外光与偏振光。脊椎动物的祖先可能能感知红、紫、蓝、绿四种颜色,这一能力在蜥蜴、鸟类、七鳃鳗和肺鱼等物种中仍被保留。然而,一些动物在进化过程中丢失了部分色觉。盲鳗无法识别红色,鲨鱼看不见蓝色。人类有三种视锥细胞,能分辨蓝、绿、红,而狗和兔子只有两种,因此色彩感知有限。Ygk拜客生活常识网

Wiens 与 Emberts 的数据支持了“色觉先于色彩信号”的假设。正如 Wiens 总结:“先是色觉,然后是果实,再是花朵,接着是警告色,最后是性别信号。”Ygk拜客生活常识网

不过,回溯“深时”的尝试总带有局限。色彩不易保存于化石,即便保存下来,若该物种无现存后代,也难以推断其色彩用途。而系统发育树本质上也充满推测。例如杜松果和蓝莓虽同为蓝色果实,其祖先可能各自独立演化出该颜色。某些性状还可能反复出现与消失,如蜥蜴的蓝色腹部斑块。正因为信号可以“来来回回”,我们很难确定某一共同祖先是否真的拥有这个特征。Ygk拜客生活常识网

颜色,无论是由色素产生,还是由反光结构造成,背后都需要一定的生物机制加以维持。“这使我们很难判断某种颜色适应是否在久远的年代就已存在。”Allen 指出,如果某一支系每百万年就获得或失去一次警告色,那光看现存物种,很难判断几亿年前的祖先是否具备相同的特征。Ygk拜客生活常识网

尽管存在这些不确定性,Wiens 坚信他们的方法是目前研究此类问题最好的途径。他说:“我们之所以知道这些性状会来来去去,正是通过像我们这样的研究。”Ygk拜客生活常识网

值得一提的是,色彩的存在不一定依赖视觉。植物的叶子反射绿光,即使没有眼睛去看。1999年,Osorio 在研究小鸡的色觉时提出,色觉也许最初只是为了辨物识路。2000年,Vadim Maximov 提出,色觉起源可能是为了帮助脊椎动物在昏暗的水下环境中看清目标。他认为两类感光细胞能减少水下的“闪烁”,提升捕食与避险能力。这一理论解释了为何色觉的基础在掠食行为演化之后便已存在,而远早于色彩信号的出现。Ygk拜客生活常识网

不过,演化过程中被生物维持下来的颜色,则是另一回事。Osorio 曾指出,鲜明色彩本身意味着某种秩序与努力,是对抗熵增的证据。无论是纯粹色素还是反光结构,颜色的呈现都源于某种目的。“吸尘器袋里的灰尘是灰色的,因为一切混杂在一起。真正有意义的结构,会呈现出纯净明亮的颜色。”而他也通过数学模型证明:对某种动物来说鲜艳的颜色,对其他动物也很可能一样鲜艳,即便它们的视觉系统不同。Ygk拜客生活常识网

有些问题或许永远无法完全解答,但依然值得提出。Wiens 和 Emberts 的这项研究,正是朝着理解自然色彩起源迈出的重要一步。而 Wiens 也指出,在过去1亿年间,鸟类、蜥蜴与鱼类之间的信号交流催生了警告色与性别信号的爆发性增长。他相信,这个趋势仍在继续,意味着大自然或将变得更加斑斓夺目。Ygk拜客生活常识网

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