變色大師竟是色盲？

丹丘生

魷魚和章魚都是色盲，但它們?yōu)榱藗窝b，膚色會根據(jù)環(huán)境的色調(diào)而千變?nèi)f化。它們作為色盲，是怎么知道環(huán)境的色調(diào)的呢？

西班牙西北部海岸附近，在水下二十米處，生物學(xué)家羅杰·漢倫正拿著相機(jī)在追蹤一條章魚。這條章魚把自己裝扮成淡棕色、灰色和白色，以便與鋪滿礫石的海床色調(diào)相協(xié)調(diào)。然后，它又漫步走向一叢海帶，在葉叢中安頓下來，并迅速加深了膚色，以便跟海帶的紅褐色保持一致。這種隨時隨地變換色彩的魔術(shù)給人留下深刻印象，但對漢倫來說，這也是令他困惑之處——因為他知道，章魚是色盲。

頭足類動物皆色盲

章魚、魷魚和鸚鵡螺等都屬于頭足類。如果在地球上選一種最像外星人的動物，恐怕非頭足類動物莫屬了。許多頭足類動物都有多個心臟和大腦。這在動物界是非常另類的。

多數(shù)頭足類動物都有很強(qiáng)的偽裝本領(lǐng)。它們能迅速地改變膚色，以便與環(huán)境匹配，把自己偽裝起來。既可以躲避天敵，又可以埋伏起來守候獵物。但既然要搞偽裝，總得先知道環(huán)境是什么顏色吧。如果眼睛能感覺環(huán)境的色彩，并做出相應(yīng)的偽裝，那也沒什么稀奇的。但是讓人困惑的是，頭足類大多數(shù)是色盲，除了黑白，根本分不清其他顏色！

關(guān)于頭足類是不是色盲，歷史上曾有過很長時間的爭論——因為這件事太難以置信了。動物行為學(xué)家做的一些實驗也自相矛盾，有的說頭足類是色盲，有的說不是色盲，莫衷一是。但到1980年代，大家對于“所有頭足類動物都是色盲”這一點基本已達(dá)成共識。因為科學(xué)家解剖了許多頭足類動物的眼睛之后發(fā)現(xiàn)，它們眼睛中沒有像人類眼睛中用于形成彩色視覺的視錐細(xì)胞。

發(fā)現(xiàn)皮膚上也有感光蛋白

這就加深了頭足類偽裝的奧秘。尤其你要考慮到，當(dāng)有掠食動物正在伺機(jī)捕捉它們時，頭足類動物卻只能看到黑白兩色，這對它們的生存顯然是非常不利的。

美國馬薩諸塞州海洋生物實驗室的羅杰·漢倫和他的同事已經(jīng)花了很多年時間去揭開頭足類動物皮膚中負(fù)責(zé)變換體色和花紋的生物學(xué)機(jī)制。他們發(fā)現(xiàn)，頭足類皮膚中的變色系統(tǒng)是一個復(fù)雜的裝置，它至少由兩層組成：上層是分泌各種“顏料”的色素囊，下層是制造“顏料”的組織。

有一天，漢倫突然想到：如果頭足類動物不能用眼睛看到的色彩，或許它們用皮膚能看到呢？

這個想法并不像聽起來那么怪異。研究人員已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在一些動物的皮膚中含有一種感光蛋白，它跟眼睛中的視蛋白屬于同一個家族，所以一般也叫做視蛋白。

于是，漢倫對魷魚皮膚中的蛋白進(jìn)行了一次“大檢查”。嘿嘿，他真的發(fā)現(xiàn)了視蛋白。2010年的這個發(fā)現(xiàn)帶來了一個全新的研究領(lǐng)域。此后，他與視覺科學(xué)家合作，希望找出皮膚上的視蛋白是如何工作的，以及它們是否與頭足類動物皮膚上的變色裝置有關(guān)。

感光蛋白似乎與變色沒關(guān)系

如果頭足類動物通過皮膚就能直接對顏色做出反應(yīng)，而不涉及大腦，那就可以解釋為什么動物學(xué)家們之前調(diào)查“頭足類是否色盲”的實驗會得出矛盾的結(jié)果了。因為有些實驗只是了解眼睛是否能看到顏色的;而另一些實驗則是調(diào)查它們整體上對顏色是否能做出反應(yīng)的。前者只涉及眼睛，后者涉及整個身體。頭足類雖然不能看到顏色，但并不意味著它們對顏色沒有任何感覺。

漢倫的研究小組花了五年的時間在魷魚和章魚皮膚上照射各種有色光。但遺憾的是，他們沒有發(fā)現(xiàn)皮膚上的視蛋白跟頭足類的那套變色系統(tǒng)有任何聯(lián)系。

另一個研究小組，從一種叫“兩點章魚”的頭足類身上取了一塊豌豆大小的皮膚，放在顯微鏡下觀察色素囊，然后朝色素囊照射光線。他們發(fā)現(xiàn)，“雖然反應(yīng)有點延遲，但章魚皮膚上的色素囊隨后像花朵一樣張開了。” 但盡管這個實驗表明章魚皮膚對光有反應(yīng)，依然沒有解釋為什么會有反應(yīng)，也沒有解釋這個過程是否涉及視蛋白。

一個更嚴(yán)重的問題是，頭足類皮膚中的視蛋白與它們眼睛中的視蛋白是完全一樣的！試想，倘若眼睛和皮膚上感知顏色的蛋白是一樣的，那用眼睛看不見的顏色，怎么能用皮膚看到呢？

漢倫的猜測是，頭足類動物的皮膚中或許還藏有未被發(fā)現(xiàn)的視蛋白（因為視蛋白是一個大家族，不止一種）。但答案需要對頭足類動物的基因組進(jìn)行測序、篩查之后才能知道。目前，已經(jīng)有科學(xué)家在做這件事情。

通過色差來辨別顏色？

既然皮膚上的視蛋白似乎不起什么作用，美國哈佛大學(xué)的兩位物理學(xué)家就試著從另一個角度來解決這個問題。

他們的建議發(fā)表于2016年，其核心想法是色差的概念。我們知道，一束光由不同波長的光組成，而不同波長意味著不同顏色。同一種材料對不同波長的光，折射率是不一樣的。所以，當(dāng)不同顏色的光通過透鏡時，會聚焦于透鏡后面不同的位置，這一現(xiàn)象叫色差。這種效應(yīng)同樣發(fā)生于相機(jī)和人眼中，而且在瞳孔中偏離中心的位置這個效應(yīng)最顯著。在頭足類的眼睛上也能發(fā)現(xiàn)這種效應(yīng)。

兩位科學(xué)家計算出，如果頭足類動物的眼睛足夠靈敏，能探測到不同顏色光產(chǎn)生的色差（換句話說，能識別不同顏色入射光焦點位置的差別），那么即使沒有專門感受顏色的視錐細(xì)胞，也一樣能辨別顏色。所以他們猜測，頭足類的變換膚色，可能還是取決于眼睛，而不是皮膚本身能“看”。

但這只是證明理論上是可行的，至于實際情況是否如此，還需要通過有說服力的實驗來證明。

“大師”的身份受到懷疑

隨著對這個問題的研究深入，有人甚至對頭足類動物的偽裝本領(lǐng)起了懷疑。他們不禁問：它們真是偽裝大師嗎？

這個問題的緣起是這樣：頭足類的偽裝在我們眼里當(dāng)然是十分成功的，可以達(dá)到以假亂真的效果。但在這個問題上，我們其實是沒有發(fā)言權(quán)的，首先，在自然條件下，人類既不是頭足類的獵物，也不是它們的掠食動物。其次，人類眼睛辨別色彩的能力其實是很有限的。我們的眼睛中只有辨別三種顏色（紅、綠、藍(lán)，即是我們所謂的“基色”）的視錐細(xì)胞。但在大自然中，很多動物都有遠(yuǎn)比我們豐富的色彩視覺。比如頭足類的掠食動物之一潛水鳥，其色彩視覺就比我們豐富。一條章魚在我們看起來或許偽裝得非常成功，但說不定一眼就能被潛水鳥識破呢。那你還能說它偽裝得成功嗎？

為了回答這個問題，漢倫目前正在開發(fā)一種能辨別16種“基色”的超級光譜相機(jī)。如果證實章魚的偽裝對捕食者也有效，那就可以消除人們的懷疑。至于它們是怎么做到的？那當(dāng)然又是另一個難題。

如果科學(xué)家能在頭足類皮膚中找到能對色彩起反應(yīng)的新型視蛋白，或者能證明頭足類通過色差來感覺色彩，那說不定以后可以用來治療人類的色盲呢。

拓展閱讀

神秘的視蛋白

我們的眼睛有兩種視覺細(xì)胞：視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞。其中視桿細(xì)胞對弱光敏感，但只能辨別明暗，不能分辨顏色。視錐細(xì)胞能感受強(qiáng)光，對弱光不敏感，但能分辨顏色。

兩種細(xì)胞中都有一種被稱為視蛋白的分子。在過去的幾年里，我們發(fā)現(xiàn)視蛋白也出現(xiàn)在眼睛以外的地方。它們在那里做什么呢？

以羅非魚為例。這種魚的魚鰭在產(chǎn)卵季節(jié)呈紅色。2015年的一項研究表明，它們皮膚中的視蛋白似乎對陽光顏色的季節(jié)性變化有反應(yīng)。陽光中的各種光波成分會隨著季節(jié)發(fā)生變化。這是由于不同季節(jié)，太陽照射角度不同，導(dǎo)致陽光透過大氣層的厚度也不同造成的。比如，大氣層越厚，反射紫外線的能力越強(qiáng)，陽光中的紫外線成分越少。而紫外光作用于視蛋白，會促使皮膚中的色素集中，改變魚鰭的顏色。

在其他動物中，眼睛之外的視蛋白可能起著調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律的作用。

視蛋白還出現(xiàn)在哺乳動物（包括我們自己）的大腦和皮膚中。正像頭足類動物的情況一樣，它們皮膚中的視蛋白到底起什么作用，目前還不清楚。