Viviane Callier

動物王國中許多居民都身披色彩華麗的“衣裳”：孔雀、變色龍、金剛鸚鵡、小丑魚、斑馬、章魚……動物們?nèi)绾蝿?chuàng)造斑斕的色彩呢？隨著研究的深入，這些奧秘逐漸被揭開：華麗的色彩來源于羽毛、鱗片、頭發(fā)和皮膚上的微小結(jié)構(gòu)，神奇的是，這些結(jié)構(gòu)是十分精確地自動組裝起來的。

色素合成大師

讓我們先來聊聊植物。自然界中，植物王國中的許多顏色都是由色素產(chǎn)生的。色素反射光譜中部分波長的光，會同時吸收其余波長的光。比如，植物進(jìn)行光合作用所需要的葉綠素就是植物自身制造的一種綠色色素，這種色素會反射光譜的綠色部分，吸收波長較長的紅色、黃色光以及波長較短的藍(lán)色光。哪些波長被反射或吸收，取決于色素的分子構(gòu)成和分子結(jié)構(gòu)中原子之間的精確距離。

植物是生物化學(xué)合成的大師，它們的細(xì)胞可以調(diào)制多種色素。

吃啥補啥

與植物不同，動物已經(jīng)失去了制造大部分色素的代謝途徑。黑色素是動物體內(nèi)的主要色素，但它能創(chuàng)造的顏色相當(dāng)有限：要么是棕色（真黑色素），要么是紅黃色（類黑色素）。這對于需要偽裝自己或求偶的動物們可不太友好。于是，動物們另辟蹊徑，決定從飲食中獲得所需的色素，也就是傳說中的吃啥補啥。例如，鳥類鮮艷的紅色和黃色主要來自食物中的類胡蘿卜素。

奇妙的結(jié)構(gòu)色

解決了紅色、黃色，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，自然界中可食用的藍(lán)色色素極少，那么，動物們的藍(lán)色是哪兒來的呢？

這自然難不倒神奇的動物，冠藍(lán)鴉、霓虹燈魚、箭毒蛙和許多其他動物都找到了一種不依賴色素的辦法，它們進(jìn)化出了顯現(xiàn)藍(lán)色（和一些綠色）的光學(xué)技巧——創(chuàng)造結(jié)構(gòu)色。

結(jié)構(gòu)色就像是濾光片，只允許一些特殊波長通過。神奇的動物們在自己的體表細(xì)胞創(chuàng)造的材料中，其納米結(jié)構(gòu)尺度與光的波長相當(dāng)，使他能對不同顏色的光進(jìn)行衍射和干涉。比如，許多微小結(jié)構(gòu)能夠散射光線，再讓這些散射光相互作用——在增強某些顏色的同時消除其他顏色。于是，動物們的藍(lán)色外表就這樣被反射出來。

閃閃的色彩

結(jié)構(gòu)色還有一個大本領(lǐng)，能讓色彩看起來亮晶晶的，十分閃耀，這被稱為“虹彩效果”。

藍(lán)閃蝶亮晶晶的“外套”就是虹彩效果的顯現(xiàn)。因為，從結(jié)構(gòu)顏色層頂部反射的光與從底部反射的光不同步，所以當(dāng)從不同的角度觀看時，顏色看起來會變亮或色度（顏色的色調(diào)和飽和度）發(fā)生改變。藍(lán)閃蝶翅膀的鱗片上雕刻著微小的凹槽，這些凹槽排列成樹狀突起，這些突起對光波進(jìn)行衍射或反射，使它們相互干涉，就呈現(xiàn)出藍(lán)色虹彩效果，十分漂亮。

冷知識：章魚怎樣改變顏色？

章魚皮膚上的染色質(zhì)細(xì)胞中，含有一層反射蛋白，這種蛋白可以迅速從有序狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)闊o序狀態(tài)。通過加厚和減薄這些蛋白層，章魚就能夠反射不同的波長，改變它們的顏色。

藍(lán)色背后的秘密

科學(xué)家還在發(fā)育中的鳥類羽毛的細(xì)胞內(nèi)，有了新的發(fā)現(xiàn)——β-角蛋白。細(xì)胞中的化學(xué)變化導(dǎo)致β-角蛋白和水自發(fā)分離，在聚合蛋白質(zhì)基質(zhì)中形成球形水滴。細(xì)胞死亡后，水分蒸發(fā)，就只留下一個微小的氣泡球泡，剛好適合反射特定波長的光線。就像打開一瓶啤酒后，溶解的二氧化碳形成一個個氣泡，氣泡膨脹到一定的大小，就會漂浮起來，這東西看起來就像一瓶啤酒頂部的泡沫。

大多數(shù)鳥類的藍(lán)色羽毛中的氣泡都是無序的，但有一種鳥類——東南亞的藍(lán)翅葉鵯，是從排列整齊的泡狀晶體中獲得肩部羽毛的藍(lán)色光澤，將藍(lán)翅葉鵯羽毛放在強X射線束線下，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)了一種更加神奇的螺旋二十四面體晶體。

螺旋二十四面體

螺旋二十四面體是一個連續(xù)的極小曲面，十分罕見，只有一些蝴蝶鱗片上有過它們的蹤跡。當(dāng)這些鱗片正在發(fā)育時，鱗片細(xì)胞中的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)膜連接成一片，形成了雙螺旋二十四面體，只有細(xì)胞死亡時，才會留下單螺旋二十四面體。

然而，螺旋二十四面體這樣神奇的晶體竟然可以在鳥類羽毛中實現(xiàn)自行組裝！別小瞧這個發(fā)現(xiàn)，這對尋找更好的方法來制造光子應(yīng)用材料的工程師來說簡直非同尋常。例如，為了更有效地傳輸藍(lán)光，可以用藍(lán)翅葉鵯身上發(fā)現(xiàn)的那種藍(lán)色反射材料來制作光纖的包層，這樣就不會有藍(lán)色光子逃逸。

當(dāng)科學(xué)家們完全解開這些結(jié)構(gòu)的奧秘時，諾貝爾化學(xué)獎都會成為囊中之物哦。

變色龍會變色的原理和章魚不同。它們表皮下面有一層細(xì)胞，叫“虹細(xì)胞”，這些細(xì)胞含有微小的納米級鹽晶體，它們的直徑只有130納米，不到人類毛發(fā)直徑的百分之一。這些晶體排列成三維的晶格，當(dāng)光線照射到晶格上時，會分裂成不同的波長，有的被吸收，有的反射回來，在我們眼中，就呈現(xiàn)出綠色、紅色或藍(lán)色。