丹丘生

魷魚和章魚都是色盲，但它們?yōu)榱藗窝b，膚色會(huì)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(shí)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?yàn)樗溃卖~是色盲。

頭足類動(dòng)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(dòng)物，恐怕非頭足類動(dòng)物莫屬了。許多頭足類動(dòng)物都有多個(gè)心臟和大腦。這在動(dòng)物界是非常另類的。

多數(shù)頭足類動(dòng)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(shí)間的爭論——因?yàn)檫@件事太難以置信了。動(dòng)物行為學(xué)家做的一些實(shí)驗(yàn)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(dòng)物都是色盲”這一點(diǎn)基本已達(dá)成共識(shí)。因?yàn)榭茖W(xué)家解剖了許多頭足類動(dòng)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(dòng)物正在伺機(jī)捕捉它們時(shí)，頭足類動(dòng)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(shí)驗(yàn)室的羅杰·漢倫和他的同事已經(jīng)花了很多年時(shí)間去揭開頭足類動(dòng)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(gè)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(dòng)物不能用眼睛看到的色彩，或許它們用皮膚能看到呢？

這個(gè)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(dòng)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(gè)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(gè)發(fā)現(xiàn)帶來了一個(gè)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(dòng)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(dòng)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(dòng)物學(xué)家們之前調(diào)查“頭足類是否色盲”的實(shí)驗(yàn)會(huì)得出矛盾的結(jié)果了。因?yàn)橛行?shí)驗(yàn)只是了解眼睛是否能看到顏色的;而另一些實(shí)驗(yàn)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(gè)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(shí)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(gè)研究小組，從一種叫“兩點(diǎn)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(diǎn)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(gè)實(shí)驗(yàn)表明章魚皮膚對光有反應(yīng)，依然沒有解釋為什么會(huì)有反應(yīng)，也沒有解釋這個(gè)過程是否涉及視蛋白。

一個(gè)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(dòng)物的皮膚中或許還藏有未被發(fā)現(xiàn)的視蛋白（因?yàn)橐暤鞍资且粋€(gè)大家族，不止一種）。但答案需要對頭足類動(dòng)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(gè)角度來解決這個(gè)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(shí)，會(huì)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(gè)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(jì)算出，如果頭足類動(dòng)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(shí)別不同顏色入射光焦點(diǎn)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(shí)際情況是否如此，還需要通過有說服力的實(shí)驗(yàn)來證明。

“大師”的身份受到懷疑

隨著對這個(gè)問題的研究深入，有人甚至對頭足類動(dòng)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(gè)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(gè)問題上，我們其實(shí)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(dòng)物。其次，人類眼睛辨別色彩的能力其實(shí)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(dòng)物都有遠(yuǎn)比我們豐富的色彩視覺。比如頭足類的掠食動(dòng)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(shí)破呢。那你還能說它偽裝得成功嗎？

為了回答這個(gè)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(shí)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(gè)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(xiàng)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(huì)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(huì)促使皮膚中的色素集中，改變魚鰭的顏色。

在其他動(dòng)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(dòng)物（包括我們自己）的大腦和皮膚中。正像頭足類動(dòng)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。