生命的色彩-读书笔记
本书作者史钧：生物学博士，现任教于安徽科技学院。长期从事进化论领域的科普写作，擅长用轻松幽默的文笔介绍严谨的科学知识。曾出版科普作品《其实你不懂进化论》《疯狂人体进化史》《爱情简史》等，广受读者好评。其中《其实你不懂进化论》入选《中国教育报》评选的“2020年度教师喜爱的100本书”。
大多数人并不知道，在恢宏悠远的生命进化历程中，缤纷的色彩扣动过进化的扳机，而我们人类，是灵长类动物利用色彩，与开花植物协同进化的最终产物。
本书以“我们为什么没有绿色头发”为切入点，探讨了色彩与视觉形成、色彩与体温调节、色彩与体型大小、色彩与群居动物的社会交往等问题，详细叙述了色彩是如何对生物进化及人类社会构建发挥作用的。详细叙述了不同的生命会呈现不同的色彩的终极原因和进化逻辑，以及色彩对人类社会构建的巨大推动作用。
作者带领我们一起进入色彩缤纷的生命世界，共同探索隐藏在生命色彩背后的奥秘，追寻生命色彩进化的终极原因。作者说，所有的色彩都需要眼睛去感知。只有眼睛才能全方位感知色彩，并对色彩做出反应，这个世界也因为眼睛的存在而不断展现出精彩的外表。所以我们回答问题的第一步，就要从眼睛的进化谈起。
眼睛的进化
为什么我们的生命会呈现多姿多彩的颜色呢？接下来，我们从眼睛、光线和色彩说起。人有五种感觉，分别是视觉、听觉、嗅觉、触觉和味觉。
眼睛的优势
假设你有一段非常特殊的经历，不小心掉进一个黑暗的山洞，四周没有一丝光亮，无数不明物体，可能是蝙蝠，也可能是其他的什么飞虫从你的额头不断掠过，你该如何分析自己的处境，然后设法自救呢？
当你真正掉入一个黑暗的空间里时，最渴望的东西不是一滴水，也不是一声同情的叹息，而是一道明亮的光线。与其他信息媒介相比，光波具备无与伦比的优势。
首先，光波可以朝各个方向反射，从不同的方位传递不同的信息。其次，光波传递的速度特别快，对于生命来说，几乎没有时间差，基本等于即时信息。
那人的眼睛又是怎么通过光线产生视觉的呢？这就要提到光子了。无论什么样的光波，都由基本的光子组成。有些物质可以和光子起反应，其实就是遭到了光子的击打。在光子的击打下，光能会传递给电子，使电子得以摆脱原子核的束缚，在物体表面自由移动，甚至汇聚形成电流，这就是光电效应的直接效果。我们能够看见某种光，本质原因是这种光可以在眼睛里引发光电效应，那是光子与电子游戏的结果。
如果你了解眼睛的结构，就一定会惊叹于其设计的精妙。要是将照相机与人类的眼睛对比，我们就会发现两者之间存在奇妙的相似性：巩膜相当于照相机机身；瞳孔就像光圈，光圈的大小受到虹膜的控制；角膜和晶状体像一组透镜；视网膜相当于相机底片。而且眼睛可以和相机一样调整焦距，让图像清晰地投射在感光细胞上。
感光细胞中的视黄醛再将接受的光信号转化为电信号，我们能够看到外界的事物，就是这个连锁反应不断发生的结果。在这个持续反应的过程中，每一个环节都必须精密配合，否则无法形成正常视觉。
比如，在光线特别强时，我们的瞳孔缩小，黑暗时，瞳孔散大。另外，人特别紧张时，瞳孔也会受交感神经支配而瞳孔散大。为什么？ 我们要有足够多的光线和视觉信息，准备搏斗或者逃跑。我们眼中还有角膜和晶状体，它们就像一组透镜，可以把进入眼睛的光线进行折射后，准确地落在视网膜上，然后形成图像。
眼睛是如何进化出来的
眼睛对生物体来说非常重要，根据科学家对化石的研究发现，眼睛大概诞生于五亿多年前，就是寒武纪，就是此时出现了生命的大爆发。
原始生命体的眼睛结构，并不像我们现在的这么精巧和复杂。原始眼睛只是一些感光细胞，叫作光敏细胞。它们不能形成图像，只是能感知光线的强弱。比如现在的一些生物，像蚯蚓、蜗牛的眼睛就是光敏细胞，用来感受光线强弱的。
比如，如果有强光，蜗牛就能躲到阴凉的地方，继而不会被晒死。对哺乳动物来说，我们要处理的视觉信息很复杂，所以，眼睛又进化出了更复杂的结构。
研究发现，眼睛的结构虽然精巧，但它可能只进化过一次，这被称为眼睛的单起源论。眼睛很难找到化石，科学家就在基因上找到了证据。在一些生物体上有一种基因叫作Pax6。这种基因跟生物眼睛的形成相关，而且它有一个特点，就是具有通用性，在各种各样的生物身上都可以存在。
有一个实验：研究人员把小老鼠身上的Pax6基因提取出来，将其克隆在果蝇身上。这个基因诱导果蝇的很多部位都长出了眼睛。此外，眼睛的进化还具备双向性。 比如，在沙漠暗河中，有些小鱼由于长时间见不到阳光，慢慢地，眼睛就退化了。
虽然我们眼睛的结构非常精巧，但我们并不能看到所有的光线，而且不同的动物看到的世界不一样。从波长来说，阳光辐射的范围是150nm（纳米）~2500nm之间。在这个范围中，可见光的范围是400nm~760nm。
作者说，“可见光”这个词不太准确。更准确的说法，应该叫作“人眼可见光”。因为人和其他生物看到的光线范围不一样。有人可能会问：我们为什么只能看到400~760nm的可见光，而不是波长更短或更长的光呢？关于这些问题有两个解释。
第一，“行人效应”。
比如，我们每天在路上会见到形形色色的人，但大部分的人都记不住。这是因为跟你没有关系。如果这些无效信息也占据你的大脑内存，那就太耗能了。
同时，如果一个人看到的可见光范围宽一些，你知道会有什么结果吗？
就是每天晚上关了灯，你闭上眼睛准备睡觉时，眼前可能仍有各种各样的影在晃动，这是一种干扰。
第二，对人而言，可见光比其他光有优势。首先，它虽然范围比较窄，但是，占了整个太阳能辐射能量的50%。此外，由于它位于整个太阳辐射光波的中间一段，所以，它的能量既不太弱又不太强。
你要知道，自然界中很多能看到紫外线的生物，它们的寿命都比较短。因为紫外线能量太强了，如果频繁接收容易对机体产生损害。人眼中的角膜、晶状体都是天然的屏蔽紫外线的结构。正是由于以上这些原因，可见光可以说是最适合人眼感受的光线。
植物、动物毛发的颜色奥秘
我们的眼睛除了产生视觉，还有一个特别重要的功能，就是产生色觉。它能让我们辨别颜色。那这些色彩背后有什么奥秘呢？为什么大多数植物的叶子都是绿的？
在陆地上，树叶的颜色大部分都是绿色的。这是因为树叶中含有叶绿素。叶绿素是地球上最重要的能量来源之一。它可以通过光合作用把二氧化碳和水，源源不断地转化成糖，然后为生命所利用。那叶绿素为什么是绿色，而不是其他颜色呢？
两个理论
第一，光源竞争理论。地球上最早的生命形式之一是细菌，其中一种称为紫细菌。之所以叫紫细菌，是因为它不吸收紫光。因为大部分的紫光被海洋吸收了，那紫细菌生活在海洋中，如果和海洋竞争同一种光源，无疑是一种不明智的选择。因此，它就抛弃了紫光，转而吸收像绿光这样的其他光。
紫细菌登上生命的舞台大约十亿年后，又演化出了一种新细菌，这就是蓝细菌。既然紫细菌吸收绿光，那蓝细菌如果想更好地生活下去，就必须避免与紫细菌竞争相同的光源，于是它只能放弃绿光。而蓝细菌是一切高等植物的祖先，所有陆地植物的叶绿体都是由蓝细菌进化而来的。所以，叶绿体因其祖先蓝细菌不吸收绿光，就成绿色的了。
第二，绿光伤害理论。其实，绿光是一种能量比较强的光。如果植物叶片长时间被绿光照射，会有两个结果。
一是，产生大量热能。所以我们能观察到，大部分的叶片基本上是薄薄的，或者细细的。而且叶片上面还有很多孔，这是为了利于散热。
二是，如果绿光长时间照射叶片，还会产生大量的自由基。自由基就是没有配对电子的一种分子。由于没有配对电子，它就非常不稳定，会去抢夺其他分子的电子。因此，植物必须要保证叶片不被自由基损害。
动物的体色的作用
为什么哺乳动物没有绿色的呢？每种动物都有自己的体色，体色有很多的功能。
第一个功能是警戒。比如，毒箭蛙为了告诉大家自己有毒、不要碰它，会进化出非常鲜艳的颜色。
第二个功能是为了展示与炫耀。雄孔雀它一开屏非常美丽、色彩绚烂。为什么？因为这种绚丽的色彩往往代表着很好的免疫水平，以及比较好的基因，更容易吸引雌性。
第三个功能是保护作用。如果昆虫是绿色的，它能更好地保护自己不被天敌发现，不被吃掉。
哺乳动物的体色没有绿色的原因，其中一个理论叫作色盲理论。人类和灵长类动物是三色视觉，我们可以感知三种基本的原色，分别是红、绿和蓝。但是，基本上只有灵长类动物和人是这样，而大部分哺乳动物都是双色视觉，也就是我们所说的色盲，主要是红绿色盲。
因为红色和绿色光谱的波峰比较一致。在双色视觉的动物眼中，红色、绿色，甚至棕色，看起来都差不多，没有特别明显的差别。所以，就没有必要进化出绿色视觉。
那大部分哺乳动物为什么会保留色盲性状呢？几亿年前，地球上的主角是恐龙，哺乳动物只是其中一小支。那时，很多哺乳动物的体型跟老鼠一样，是小型啮齿类动物。所以，大部分哺乳动物都不敢白天活动，只在夜间活动。因此，它们没有必要进化出明确地辨别颜色的眼睛。
后来，恐龙突然灭绝了，哺乳动物才登上历史的主舞台。恐龙灭绝后，哺乳动物依旧保持着色盲性状，因为它具备很多优势。
首先，虽然它分不清红色和绿色，但是能更敏锐地辨别黄色和棕黄色。另外，研究发现，哥斯达黎加的一种卷尾猴，有色盲的捕捉昆虫的效率，是没有色盲的四倍。这意味着，色盲有自己很大的优势。它们看某些颜色更清楚，而且在黄昏，当光线暗下来时，色盲动物的视觉反而变得更加敏锐了。
红色血液如何影响灵长类动物的交流
大多数人只有在流血的时候才会注意到血液的颜色。受到“见怪不怪”思维习惯的影响，很少有人会想到这样的问题：我们的血液为什么是红色的，而不是绿色或者其他什么颜色的呢？
首先，我们要知道，世界上不同动物的血液颜色是不一样的。有的动物是红色，像哺乳动物，像人类，有的动物是蓝色的。
红色血液的价值
为什么人类的血液是红色的呢？
第一，是跟血液成分有关。地球上最早的生命形态，其中一个是藻类。那时，藻类生活在海洋深处。经过几十亿年的生命演化，藻类在地球上产生了大量的氧气。但是，氧气是一把双刃剑。一方面，它能促进机体的新陈代谢，大部分的生物都离不开氧气；另一方面，氧气浓度过高，会产生自由基破坏机体细胞。
所以，一个生命体如果要利用氧气，就需要一个非常高明的策略。怎么办呢？生命体进化出了一种能力。它用一种金属离子变成了一个“小笼子”把氧分子罩住。这样就能限制氧分子的活性。同时，它还用蛋白质把“金属笼子”和氧分子罩在一起，这个结构就叫载氧蛋白。
不同的生物体对氧气的需求量不同，它所利用的金属离子也不一样。比如节肢动物，像虾、螃蟹，它们的金属离子选择的是铜离子。铜离子与氧结合之后，呈现的是蓝色。所以，这些动物的血液是蓝色的。
哺乳动物要面临的环境和处理的信息更为复杂，所以对氧气的利用需要更高效，那它们采用的是铁离子。铁离子运载氧气的效率是铜离子的四倍。所以。大部分哺乳动物都是含铁的血红蛋白。
第二，是跟散热相关。正是出于散热的需要，人类开始脱去满身毛发，同时汗腺数量大大增加，主要目标只有一个：增加出汗，强化散热。皮肤一旦裸露，血液的热调节作用立即得到了放大，并成为重要的散热补充手段。很多人都有这样的体验，在太阳的暴晒下，裸露的皮肤都会迅速变红，那正是红色的血液在默默执行热调节功能。
每个人都可以做一个简单的实验证实这个过程：先闭起眼睛，然后再对着太阳，首先你会感受到橘红色的光线，因为红色光线可以迅速穿透表皮细胞。再过几秒钟，眼前的色彩才会变成黄绿色，表明黄绿色光穿透皮肤的能力弱于红光。[插图]这两种光波穿透皮肤的能力差异意味着什么？意味着红色血液的散热能力最强。
那如果我们的血液是绿色的，就像植物的叶片那样，可以吸收大量红光，同时将绿光反射回来，似乎也能起到散热的效果。但不要忘了，绿光无法迅速穿透表皮，因而很难逃逸，最终大部分绿光中的热能都被锁在表皮细胞中，很容易对皮肤造成二次伤害。[插图]也就是说，绿色的血液将会导致皮肤更热，而不是更凉爽，反倒是红色的血液，才能让我们感觉更凉爽。
红色血液还有一个特别重要的意义，就是产生了脸色。人类是典型的社会性群居动物，需要更复杂的交流方式。因此，人脑有一种重要的能力，叫作共情。共情就是感受他人情绪的能力。所以，我们会有表情、脸色。
有一种脸色是是害羞。基本上，所有人都出现过害羞的情况，而且害羞还不以个人的意志为转移。人一害羞会出现什么样的表现呢？首先，脸会变红；然后，语无伦次，有时说话还结结巴巴，甚至还会被人嘲笑。
既然害羞有这么多问题，为什么人要保留这样的状态呢？因为它对我们个体的安全有特别大的保护作用。科学家发现，那些胆子特别大的食草动物生存几率往往很低，有些羚羊甚至会去挑衅狮子。
对人类而言也一样，害羞代表着谨慎，而谨慎能让我们避免一些不必要的危险。而且害羞能迅速地平息对方的敌意。所以，害羞脸红有助于防止人际关系的恶化。
此外，正是害羞脸红这样非常可爱的表情，人类才有一种“红色效应”，就是男性会觉得在红色背景下的女性更加美丽和性感。这种红色背景可以是红色衣服、红色口红或红色妆容。所以，即便到现在，很多女性也是以红妆为美。
我们为什么没有绿色的头发
回答本书一开始的问题：我们为什么没有绿色的头发？简单来说，有三个主要原因。
第一，来自性选择理论的解释，作者认为，是因为性选择的压力。就是一种动物的体色是异性择偶最直观的一个标准。在自然界中，有一种叫雪雁的鸟，非常漂亮。通常来说，雪雁有两种颜色，一种蓝色，一种白色。研究者发现，蓝色雪雁只喜欢和蓝色雪雁交配，白色的只喜欢和白色的交配。
研究者想知道这个结果是先天基因决定的，还是后天因素影响的，于是，他们做了一个有趣的实验。
他们把刚刚出生的小雪雁掉包，蓝色的放在白色的窝里，白色的放在蓝色的窝里。等这些雪雁长大后，无论它自己是什么颜色，也只喜欢和养父母颜色一样的雪雁交配。假如父母是一蓝一白，那它就不在乎配偶颜色，蓝色、白色都可以。后来，研究者恶作剧地把雪雁的养父母涂成了红色。小雪雁长大以后，它们就喜欢红色的鸟。
这个实验说明我们的审美受后天的影响更大。那这和我们的头发有什么关系呢？人类的头发最开始时是黑色的，后来又进化出了其他浅一点的颜色。而一旦一个颜色在一个区域形成了优势，那么，出于性选择的压力，其他颜色的头发就很难进化出来。
第二，我们头发中的黑色，是因为有黑色素细胞。它和皮肤中的黑色素一样，能有效地防止紫外线对皮肤的伤害。据相关数据显示，黑色头发大概可以减少80%紫外线对人体的照射。
第三，相比绿色头发，黑色头发的调热功能更好。因为人的体型和黑猩猩差不多，但是，人脑容量却是黑猩猩的三倍。而人的大脑每天高速地运转会产生大量热能。所以，我们更需要一套有效的头部降温系统。如果发色不对，那对人体来说，将会是一个灾难。
