生命的色彩-讀書筆記
本書作者史鈞：生物學博士，現任教於安徽科技學院。長期從事進化論領域的科普寫作，擅長用輕鬆幽默的文筆介紹嚴謹的科學知識。曾出版科普作品《其實你不懂進化論》《瘋狂人體進化史》《愛情簡史》等，廣受讀者好評。其中《其實你不懂進化論》入選《中國教育報》評選的「2020年度教師喜愛的100本書」。
大多數人並不知道，在恢宏悠遠的生命進化歷程中，繽紛的色彩扣動過進化的扳機，而我們人類，是靈長類動物利用色彩，與開花植物協同進化的最終產物。
本書以「我們為什麼沒有綠色頭髮」為切入點，探討了色彩與視覺形成、色彩與體溫調節、色彩與體型大小、色彩與群居動物的社會交往等問題，詳細敘述了色彩是如何對生物進化及人類社會構建發揮作用的。詳細敘述了不同的生命會呈現不同的色彩的終極原因和進化邏輯，以及色彩對人類社會構建的巨大推動作用。
作者帶領我們一起進入色彩繽紛的生命世界，共同探索隱藏在生命色彩背後的奧秘，追尋生命色彩進化的終極原因。作者說，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，並對色彩做出反應，這個世界也因為眼睛的存在而不斷展現出精彩的外表。所以我們回答問題的第一步，就要從眼睛的進化談起。
眼睛的進化
為什麼我們的生命會呈現多姿多彩的顏色呢？接下來，我們從眼睛、光線和色彩說起。人有五種感覺，分別是視覺、聽覺、嗅覺、觸覺和味覺。
眼睛的優勢
假設你有一段非常特殊的經歷，不小心掉進一個黑暗的山洞，四周沒有一絲光亮，無數不明物體，可能是蝙蝠，也可能是其他的什麼飛蟲從你的額頭不斷掠過，你該如何分析自己的處境，然後設法自救呢？
當你真正掉入一個黑暗的空間裡時，最渴望的東西不是一滴水，也不是一聲同情的嘆息，而是一道明亮的光線。與其他信息媒介相比，光波具備無與倫比的優勢。
首先，光波可以朝各個方向反射，從不同的方位傳遞不同的信息。其次，光波傳遞的速度特別快，對於生命來說，幾乎沒有時間差，基本等於即時信息。
那人的眼睛又是怎麼通過光線產生視覺的呢？這就要提到光子了。無論什麼樣的光波，都由基本的光子組成。有些物質可以和光子起反應，其實就是遭到了光子的擊打。在光子的擊打下，光能會傳遞給電子，使電子得以擺脫原子核的束縛，在物體表面自由移動，甚至匯聚形成電流，這就是光電效應的直接效果。我們能夠看見某種光，本質原因是這種光可以在眼睛裡引發光電效應，那是光子與電子遊戲的結果。
如果你了解眼睛的結構，就一定會驚嘆於其設計的精妙。要是將照相機與人類的眼睛對比，我們就會發現兩者之間存在奇妙的相似性：鞏膜相當於照相機機身；瞳孔就像光圈，光圈的大小受到虹膜的控制；角膜和晶狀體像一組透鏡；視網膜相當於相機底片。而且眼睛可以和相機一樣調整焦距，讓圖像清晰地投射在感光細胞上。
感光細胞中的視黃醛再將接受的光信號轉化為電信號，我們能夠看到外界的事物，就是這個連鎖反應不斷發生的結果。在這個持續反應的過程中，每一個環節都必須精密配合，否則無法形成正常視覺。
比如，在光線特別強時，我們的瞳孔縮小，黑暗時，瞳孔散大。另外，人特別緊張時，瞳孔也會受交感神經支配而瞳孔散大。為什麼？ 我們要有足夠多的光線和視覺信息，準備搏鬥或者逃跑。我們眼中還有角膜和晶狀體，它們就像一組透鏡，可以把進入眼睛的光線進行折射後，準確地落在視網膜上，然後形成圖像。
眼睛是如何進化出來的
眼睛對生物體來說非常重要，根據科學家對化石的研究發現，眼睛大概誕生於五億多年前，就是寒武紀，就是此時出現了生命的大爆發。
原始生命體的眼睛結構，並不像我們現在的這麼精巧和複雜。原始眼睛只是一些感光細胞，叫作光敏細胞。它們不能形成圖像，只是能感知光線的強弱。比如現在的一些生物，像蚯蚓、蝸牛的眼睛就是光敏細胞，用來感受光線強弱的。
比如，如果有強光，蝸牛就能躲到陰涼的地方，繼而不會被曬死。對哺乳動物來說，我們要處理的視覺信息很複雜，所以，眼睛又進化出了更複雜的結構。
研究發現，眼睛的結構雖然精巧，但它可能只進化過一次，這被稱為眼睛的單起源論。眼睛很難找到化石，科學家就在基因上找到了證據。在一些生物體上有一種基因叫作Pax6。這種基因跟生物眼睛的形成相關，而且它有一個特點，就是具有通用性，在各種各樣的生物身上都可以存在。
有一個實驗：研究人員把小老鼠身上的Pax6基因提取出來，將其克隆在果蠅身上。這個基因誘導果蠅的很多部位都長出了眼睛。此外，眼睛的進化還具備雙向性。 比如，在沙漠暗河中，有些小魚由於長時間見不到陽光，慢慢地，眼睛就退化了。
雖然我們眼睛的結構非常精巧，但我們並不能看到所有的光線，而且不同的動物看到的世界不一樣。從波長來說，陽光輻射的範圍是150nm（納米）~2500nm之間。在這個範圍中，可見光的範圍是400nm~760nm。
作者說，「可見光」這個詞不太準確。更準確的說法，應該叫作「人眼可見光」。因為人和其他生物看到的光線範圍不一樣。有人可能會問：我們為什麼只能看到400~760nm的可見光，而不是波長更短或更長的光呢？關於這些問題有兩個解釋。
第一，「行人效應」。
比如，我們每天在路上會見到形形色色的人，但大部分的人都記不住。這是因為跟你沒有關係。如果這些無效信息也占據你的大腦內存，那就太耗能了。
同時，如果一個人看到的可見光範圍寬一些，你知道會有什麼結果嗎？
就是每天晚上關了燈，你閉上眼睛準備睡覺時，眼前可能仍有各種各樣的影在晃動，這是一種干擾。
第二，對人而言，可見光比其他光有優勢。首先，它雖然範圍比較窄，但是，占了整個太陽能輻射能量的50%。此外，由於它位於整個太陽輻射光波的中間一段，所以，它的能量既不太弱又不太強。
你要知道，自然界中很多能看到紫外線的生物，它們的壽命都比較短。因為紫外線能量太強了，如果頻繁接收容易對機體產生損害。人眼中的角膜、晶狀體都是天然的屏蔽紫外線的結構。正是由於以上這些原因，可見光可以說是最適合人眼感受的光線。
植物、動物毛髮的顏色奧秘
我們的眼睛除了產生視覺，還有一個特別重要的功能，就是產生色覺。它能讓我們辨別顏色。那這些色彩背後有什麼奧秘呢？為什麼大多數植物的葉子都是綠的？
在陸地上，樹葉的顏色大部分都是綠色的。這是因為樹葉中含有葉綠素。葉綠素是地球上最重要的能量來源之一。它可以通過光合作用把二氧化碳和水，源源不斷地轉化成糖，然後為生命所利用。那葉綠素為什麼是綠色，而不是其他顏色呢？
兩個理論
第一，光源競爭理論。地球上最早的生命形式之一是細菌，其中一種稱為紫細菌。之所以叫紫細菌，是因為它不吸收紫光。因為大部分的紫光被海洋吸收了，那紫細菌生活在海洋中，如果和海洋競爭同一種光源，無疑是一種不明智的選擇。因此，它就拋棄了紫光，轉而吸收像綠光這樣的其他光。
紫細菌登上生命的舞台大約十億年後，又演化出了一種新細菌，這就是藍細菌。既然紫細菌吸收綠光，那藍細菌如果想更好地生活下去，就必須避免與紫細菌競爭相同的光源，於是它只能放棄綠光。而藍細菌是一切高等植物的祖先，所有陸地植物的葉綠體都是由藍細菌進化而來的。所以，葉綠體因其祖先藍細菌不吸收綠光，就成綠色的了。
第二，綠光傷害理論。其實，綠光是一種能量比較強的光。如果植物葉片長時間被綠光照射，會有兩個結果。
一是，產生大量熱能。所以我們能觀察到，大部分的葉片基本上是薄薄的，或者細細的。而且葉片上面還有很多孔，這是為了利於散熱。
二是，如果綠光長時間照射葉片，還會產生大量的自由基。自由基就是沒有配對電子的一種分子。由於沒有配對電子，它就非常不穩定，會去搶奪其他分子的電子。因此，植物必須要保證葉片不被自由基損害。
動物的體色的作用
為什麼哺乳動物沒有綠色的呢？每種動物都有自己的體色，體色有很多的功能。
第一個功能是警戒。比如，毒箭蛙為了告訴大家自己有毒、不要碰它，會進化出非常鮮艷的顏色。
第二個功能是為了展示與炫耀。雄孔雀它一開屏非常美麗、色彩絢爛。為什麼？因為這種絢麗的色彩往往代表着很好的免疫水平，以及比較好的基因，更容易吸引雌性。
第三個功能是保護作用。如果昆蟲是綠色的，它能更好地保護自己不被天敵發現，不被吃掉。
哺乳動物的體色沒有綠色的原因，其中一個理論叫作色盲理論。人類和靈長類動物是三色視覺，我們可以感知三種基本的原色，分別是紅、綠和藍。但是，基本上只有靈長類動物和人是這樣，而大部分哺乳動物都是雙色視覺，也就是我們所說的色盲，主要是紅綠色盲。
因為紅色和綠色光譜的波峰比較一致。在雙色視覺的動物眼中，紅色、綠色，甚至棕色，看起來都差不多，沒有特別明顯的差別。所以，就沒有必要進化出綠色視覺。
那大部分哺乳動物為什麼會保留色盲性狀呢？幾億年前，地球上的主角是恐龍，哺乳動物只是其中一小支。那時，很多哺乳動物的體型跟老鼠一樣，是小型嚙齒類動物。所以，大部分哺乳動物都不敢白天活動，只在夜間活動。因此，它們沒有必要進化出明確地辨別顏色的眼睛。
後來，恐龍突然滅絕了，哺乳動物才登上歷史的主舞台。恐龍滅絕後，哺乳動物依舊保持着色盲性狀，因為它具備很多優勢。
首先，雖然它分不清紅色和綠色，但是能更敏銳地辨別黃色和棕黃色。另外，研究發現，哥斯達黎加的一種捲尾猴，有色盲的捕捉昆蟲的效率，是沒有色盲的四倍。這意味着，色盲有自己很大的優勢。它們看某些顏色更清楚，而且在黃昏，當光線暗下來時，色盲動物的視覺反而變得更加敏銳了。
紅色血液如何影響靈長類動物的交流
大多數人只有在流血的時候才會注意到血液的顏色。受到「見怪不怪」思維習慣的影響，很少有人會想到這樣的問題：我們的血液為什麼是紅色的，而不是綠色或者其他什麼顏色的呢？
首先，我們要知道，世界上不同動物的血液顏色是不一樣的。有的動物是紅色，像哺乳動物，像人類，有的動物是藍色的。
紅色血液的價值
為什麼人類的血液是紅色的呢？
第一，是跟血液成分有關。地球上最早的生命形態，其中一個是藻類。那時，藻類生活在海洋深處。經過幾十億年的生命演化，藻類在地球上產生了大量的氧氣。但是，氧氣是一把雙刃劍。一方面，它能促進機體的新陳代謝，大部分的生物都離不開氧氣；另一方面，氧氣濃度過高，會產生自由基破壞機體細胞。
所以，一個生命體如果要利用氧氣，就需要一個非常高明的策略。怎麼辦呢？生命體進化出了一種能力。它用一種金屬離子變成了一個「小籠子」把氧分子罩住。這樣就能限制氧分子的活性。同時，它還用蛋白質把「金屬籠子」和氧分子罩在一起，這個結構就叫載氧蛋白。
不同的生物體對氧氣的需求量不同，它所利用的金屬離子也不一樣。比如節肢動物，像蝦、螃蟹，它們的金屬離子選擇的是銅離子。銅離子與氧結合之後，呈現的是藍色。所以，這些動物的血液是藍色的。
哺乳動物要面臨的環境和處理的信息更為複雜，所以對氧氣的利用需要更高效，那它們採用的是鐵離子。鐵離子運載氧氣的效率是銅離子的四倍。所以。大部分哺乳動物都是含鐵的血紅蛋白。
第二，是跟散熱相關。正是出於散熱的需要，人類開始脫去滿身毛髮，同時汗腺數量大大增加，主要目標只有一個：增加出汗，強化散熱。皮膚一旦裸露，血液的熱調節作用立即得到了放大，並成為重要的散熱補充手段。很多人都有這樣的體驗，在太陽的暴曬下，裸露的皮膚都會迅速變紅，那正是紅色的血液在默默執行熱調節功能。
每個人都可以做一個簡單的實驗證實這個過程：先閉起眼睛，然後再對着太陽，首先你會感受到橘紅色的光線，因為紅色光線可以迅速穿透表皮細胞。再過幾秒鐘，眼前的色彩才會變成黃綠色，表明黃綠色光穿透皮膚的能力弱於紅光。[插圖]這兩種光波穿透皮膚的能力差異意味着什麼？意味着紅色血液的散熱能力最強。
那如果我們的血液是綠色的，就像植物的葉片那樣，可以吸收大量紅光，同時將綠光反射回來，似乎也能起到散熱的效果。但不要忘了，綠光無法迅速穿透表皮，因而很難逃逸，最終大部分綠光中的熱能都被鎖在表皮細胞中，很容易對皮膚造成二次傷害。[插圖]也就是說，綠色的血液將會導致皮膚更熱，而不是更涼爽，反倒是紅色的血液，才能讓我們感覺更涼爽。
紅色血液還有一個特別重要的意義，就是產生了臉色。人類是典型的社會性群居動物，需要更複雜的交流方式。因此，人腦有一種重要的能力，叫作共情。共情就是感受他人情緒的能力。所以，我們會有表情、臉色。
有一種臉色是是害羞。基本上，所有人都出現過害羞的情況，而且害羞還不以個人的意志為轉移。人一害羞會出現什麼樣的表現呢？首先，臉會變紅；然後，語無倫次，有時說話還結結巴巴，甚至還會被人嘲笑。
既然害羞有這麼多問題，為什麼人要保留這樣的狀態呢？因為它對我們個體的安全有特別大的保護作用。科學家發現，那些膽子特別大的食草動物生存幾率往往很低，有些羚羊甚至會去挑釁獅子。
對人類而言也一樣，害羞代表着謹慎，而謹慎能讓我們避免一些不必要的危險。而且害羞能迅速地平息對方的敵意。所以，害羞臉紅有助於防止人際關係的惡化。
此外，正是害羞臉紅這樣非常可愛的表情，人類才有一種「紅色效應」，就是男性會覺得在紅色背景下的女性更加美麗和性感。這種紅色背景可以是紅色衣服、紅色口紅或紅色妝容。所以，即便到現在，很多女性也是以紅妝為美。
我們為什麼沒有綠色的頭髮
回答本書一開始的問題：我們為什麼沒有綠色的頭髮？簡單來說，有三個主要原因。
第一，來自性選擇理論的解釋，作者認為，是因為性選擇的壓力。就是一種動物的體色是異性擇偶最直觀的一個標準。在自然界中，有一種叫雪雁的鳥，非常漂亮。通常來說，雪雁有兩種顏色，一種藍色，一種白色。研究者發現，藍色雪雁只喜歡和藍色雪雁交配，白色的只喜歡和白色的交配。
研究者想知道這個結果是先天基因決定的，還是後天因素影響的，於是，他們做了一個有趣的實驗。
他們把剛剛出生的小雪雁掉包，藍色的放在白色的窩裡，白色的放在藍色的窩裡。等這些雪雁長大後，無論它自己是什麼顏色，也只喜歡和養父母顏色一樣的雪雁交配。假如父母是一藍一白，那它就不在乎配偶顏色，藍色、白色都可以。後來，研究者惡作劇地把雪雁的養父母塗成了紅色。小雪雁長大以後，它們就喜歡紅色的鳥。
這個實驗說明我們的審美受後天的影響更大。那這和我們的頭髮有什麼關係呢？人類的頭髮最開始時是黑色的，後來又進化出了其他淺一點的顏色。而一旦一個顏色在一個區域形成了優勢，那麼，出於性選擇的壓力，其他顏色的頭髮就很難進化出來。
第二，我們頭髮中的黑色，是因為有黑色素細胞。它和皮膚中的黑色素一樣，能有效地防止紫外線對皮膚的傷害。據相關數據顯示，黑色頭髮大概可以減少80%紫外線對人體的照射。
第三，相比綠色頭髮，黑色頭髮的調熱功能更好。因為人的體型和黑猩猩差不多，但是，人腦容量卻是黑猩猩的三倍。而人的大腦每天高速地運轉會產生大量熱能。所以，我們更需要一套有效的頭部降溫系統。如果發色不對，那對人體來說，將會是一個災難。
