没有颜色 我自己造

Viviane Callier

动物王国中许多居民都身披色彩华丽的“衣裳”：孔雀、变色龙、金刚鹦鹉、小丑鱼、斑马、章鱼……动物们如何创造斑斓的色彩呢？随着研究的深入，这些奥秘逐渐被揭开：华丽的色彩来源于羽毛、鳞片、头发和皮肤上的微小结构，神奇的是，这些结构是十分精确地自动组装起来的。

色素合成大师

让我们先来聊聊植物。自然界中，植物王国中的许多颜色都是由色素产生的。色素反射光谱中部分波长的光，会同时吸收其余波长的光。比如，植物进行光合作用所需要的叶绿素就是植物自身制造的一种绿色色素，这种色素会反射光谱的绿色部分，吸收波长较长的红色、黄色光以及波长较短的蓝色光。哪些波长被反射或吸收，取决于色素的分子构成和分子结构中原子之间的精确距离。

植物是生物化学合成的大师，它们的细胞可以调制多种色素。

吃啥补啥

与植物不同，动物已经失去了制造大部分色素的代谢途径。黑色素是动物体内的主要色素，但它能创造的颜色相当有限：要么是棕色（真黑色素），要么是红黄色（类黑色素）。这对于需要伪装自己或求偶的动物们可不太友好。于是，动物们另辟蹊径，决定从饮食中获得所需的色素，也就是传说中的吃啥补啥。例如，鸟类鲜艳的红色和黄色主要来自食物中的类胡萝卜素。

奇妙的结构色

解决了红色、黄色，科学家们发现，自然界中可食用的蓝色色素极少，那么，动物们的蓝色是哪儿来的呢？

这自然难不倒神奇的动物，冠蓝鸦、霓虹灯鱼、箭毒蛙和许多其他动物都找到了一种不依赖色素的办法，它们进化出了显现蓝色（和一些绿色）的光学技巧——创造结构色。

结构色就像是滤光片，只允许一些特殊波长通过。神奇的动物们在自己的体表细胞创造的材料中，其纳米结构尺度与光的波长相当，使他能对不同颜色的光进行衍射和干涉。比如，许多微小结构能够散射光线，再让这些散射光相互作用——在增强某些颜色的同时消除其他颜色。于是，动物们的蓝色外表就这样被反射出来。

闪闪的色彩

结构色还有一个大本领，能让色彩看起来亮晶晶的，十分闪耀，这被称为“虹彩效果”。

蓝闪蝶亮晶晶的“外套”就是虹彩效果的显现。因为，从结构颜色层顶部反射的光与从底部反射的光不同步，所以当从不同的角度观看时，颜色看起来会变亮或色度（颜色的色调和饱和度）发生改变。蓝闪蝶翅膀的鳞片上雕刻着微小的凹槽，这些凹槽排列成树状突起，这些突起对光波进行衍射或反射，使它们相互干涉，就呈现出蓝色虹彩效果，十分漂亮。

冷知识：章鱼怎样改变颜色？

章鱼皮肤上的染色质细胞中，含有一层反射蛋白，这种蛋白可以迅速从有序状态转变为无序状态。通过加厚和减薄这些蛋白层，章鱼就能够反射不同的波长，改变它们的颜色。

蓝色背后的秘密

科学家还在发育中的鸟类羽毛的细胞内，有了新的发现——β-角蛋白。细胞中的化学变化导致β-角蛋白和水自发分离，在聚合蛋白质基质中形成球形水滴。细胞死亡后，水分蒸发，就只留下一个微小的气泡球泡，刚好适合反射特定波长的光线。就像打开一瓶啤酒后，溶解的二氧化碳形成一个个气泡，气泡膨胀到一定的大小，就会漂浮起来，这东西看起来就像一瓶啤酒顶部的泡沫。

大多数鸟类的蓝色羽毛中的气泡都是无序的，但有一种鸟类——东南亚的蓝翅叶鹎，是从排列整齐的泡状晶体中获得肩部羽毛的蓝色光泽，将蓝翅叶鹎羽毛放在强X射线束线下，科学家发现了一种更加神奇的螺旋二十四面体晶体。

螺旋二十四面体

螺旋二十四面体是一个连续的极小曲面，十分罕见，只有一些蝴蝶鳞片上有过它们的踪迹。当这些鳞片正在发育时，鳞片细胞中的内质网膜连接成一片，形成了双螺旋二十四面体，只有细胞死亡时，才会留下单螺旋二十四面体。

然而，螺旋二十四面体这样神奇的晶体竟然可以在鸟类羽毛中实现自行组装！别小瞧这个发现，这对寻找更好的方法来制造光子应用材料的工程师来说简直非同寻常。例如，为了更有效地传输蓝光，可以用蓝翅叶鹎身上发现的那种蓝色反射材料来制作光纤的包层，这样就不会有蓝色光子逃逸。

当科学家们完全解开这些结构的奥秘时，诺贝尔化学奖都会成为囊中之物哦。

变色龙会变色的原理和章鱼不同。它们表皮下面有一层细胞，叫“虹细胞”，这些细胞含有微小的纳米级盐晶体，它们的直径只有130纳米，不到人类毛发直径的百分之一。這些晶体排列成三维的晶格，当光线照射到晶格上时，会分裂成不同的波长，有的被吸收，有的反射回来，在我们眼中，就呈现出绿色、红色或蓝色。