说好的伪装色,为什么老虎却长成了亮眼的金黄

2019-08-29 作者:科学知识   |   浏览(86)

经过对波多黎各圣地亚哥岛80多只不同恒河猴食用30种树上的果实进行的两万多次单独观察,研究人员1月19日在美国科学促进会年会上发表了这一报告。作者非常有信心地表示,三色彩视觉感的雌猴比两色彩视觉感的雌猴在定位和吃果子时的确更快,从而极大地支持了这一观点:这种优势帮助驱动三色彩视觉在人类及人类的近亲中演化。

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。

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于是乎,它们就只能看到蓝绿两种色光,无法分辨红色。

像其名字一样,灵长类动物产生这种三色彩感觉的标准解释是,它让人的早期祖先能够更容易地看到绿色森林海洋中色彩鲜艳的成熟果实。旧世界的一种猴子——恒河猴有一种遗传独特性,为这一假设提供了便利的自然验证:一种常见的遗传变化让一些雌性拥有三种视锥细胞,而一些雌性则有两种。

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用圈养恒河猴进行的实验表明,拥有三色彩感觉的雌猴比拥有两色彩感觉的雌猴能够更快地找到果子。但在野生恒河猴中验证这一观点极为复杂,因为恒河猴很难找到,而且年龄和级别也在决定谁在什么时候吃东西发挥了重要作用。

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。

在哺乳动物中,一些种类的灵长类动物的眼睛拥有3个不同种类的光敏视锥细胞,而不是两个。这让人类及其近亲看到了我们所认为的标准颜色光谱。(存在红绿色盲的人当然拥有不同的色谱。)

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。

恒河猴 图片来源:Clément Bardot / Wikimedia Commons

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。

远古采摘助视觉演化

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。

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)。

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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。

以现在的标准来看,这就是妥妥的色盲。

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。

当时,地球上的霸主仍是像恐龙这样的爬行动物。

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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。

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。

但却能帮助在昏暗的环境下,感受微弱的光线。

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一种解释认为,这可能与灵长类需要采集果实有关。

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。

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?

前面已经提到过,视杆细胞是没有辨色功能的。

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。

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。

色盲是个相对概念。

{"type":1,"value":"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。

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。

但既然选择了黑夜,就要接受黑暗的改造了。

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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。

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。

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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。

恰恰相反,色盲可能正是因为某种优势才被保留下来的。

Colour blindness not all it seems.BBC.2005

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。

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。

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有研究人员就曾研究过哥斯达黎加的两群卷尾猴。

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 capucinusJ].Animal Behaviour.2007

事实上,人类的三色视觉也并非十拿九稳。

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。

因为并非所有灵长类都拥有三色视觉。

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。

图片来源:Mark Garlick

澳大利亚四色视觉画家Antico的画作与景物照片对比

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”。

人与人之间的感觉都不一定是共通的,更何况是跨越物种。

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?

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:视杆细胞和视锥细胞。

但是,老虎选择金黄色的皮毛,也有其演化的适应性。

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。

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。

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。

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。

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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

又或者说,我们没有见过任何皮毛是绿色的哺乳动物。

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。

因为老虎的目标猎物,如鹿、马、羊等基本上都是“红色色盲”。

模拟人眼中的老虎,和鹿眼中的老虎

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)

从这个例子就能看出,色盲其实并非一无是处。

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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、中波敏感视蛋白和短波敏感视蛋白。

谈到白化老虎,人类总会不自觉地投以同情之心。

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”。

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。

一种色盲的新大陆后,皇绒猴

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。

只是他们看到的世界,和我们有些不一样罢了。

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。

色盲更容易找出图中的狙击手

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。

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五光十色的世界,在它们眼里只有深浅不同的蓝色和绿色。

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

不过,已经有不少证据显示,色盲其实也存在着一定优势的。

这是我们的生理结构决定的,基本已成定局,无法改变。

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。

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。

那么为什么人类相对于其他哺乳动物,能进化出“三色视觉”?

夜行的獾,到现在还有一大批哺乳动物是夜行性的

因为醒目的白色,很容易就暴露了它们在位置。

颜色,是光被视锥细胞接受后产生的感觉。

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

然而我们却从未见过原谅色的老虎。

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亮眼的金黄色,不过是人类眼中的老虎配色罢了。

因为水果成熟一般都是红色的。

恐龙的色觉就比人类好

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

相对于人类的三色视觉来说,这也被称为双色视觉。

但绝大多数哺乳类动物,却缺少了感受长波的视锥蛋白。

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。

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。

所以说,白化老虎的野外生存能力是很低的。

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。

图片 11相反,想要用红色来引起人类的注意,则是可行的。" style="width:60%;margin:1rem auto">

人类的眼睛拥有1.2亿个视杆细胞,600~700万个视锥细胞

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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。

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。

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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。

说到这,就不得不辟谣一下西班牙的斗牛传说。

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。

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。

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

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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。

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?”。

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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

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。

反而不色盲的人类,才是哺乳动物中的叛徒。

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

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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”。

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

只是,“夜行的基因”已经深深地刻在了哺乳动物的身上。

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。

这个问题,还需要追溯到约2.25亿至6500万年前的中生代。

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。

人类视锥细胞感光示意图,不同波长对应着不同颜色

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但是,关于灵长类的三色视觉,还有着许多未解之谜。

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。

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。

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。

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。

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

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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。

那为什么斗牛士手中的红色旗子还是能激怒公牛呢?

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。

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。

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。

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。

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。

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!

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*参考资料

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

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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。

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