变色大师竟是色盲？

丹丘生

鱿鱼和章鱼都是色盲，但它们为了伪装，肤色会根据环境的色调而千变万化。它们作为色盲，是怎么知道环境的色调的呢？

西班牙西北部海岸附近，在水下二十米处，生物学家罗杰·汉伦正拿着相机在追踪一条章鱼。这条章鱼把自己装扮成淡棕色、灰色和白色，以便与铺满砾石的海床色调相协调。然后，它又漫步走向一丛海带，在叶丛中安顿下来，并迅速加深了肤色，以便跟海带的红褐色保持一致。这种随时随地变换色彩的魔术给人留下深刻印象，但对汉伦来说，这也是令他困惑之处——因为他知道，章鱼是色盲。

头足类动物皆色盲

章鱼、鱿鱼和鹦鹉螺等都属于头足类。如果在地球上选一种最像外星人的动物，恐怕非头足类动物莫属了。许多头足类动物都有多个心脏和大脑。这在动物界是非常另类的。

多数头足类动物都有很强的伪装本领。它们能迅速地改变肤色，以便与环境匹配，把自己伪装起来。既可以躲避天敌，又可以埋伏起来守候猎物。但既然要搞伪装，总得先知道环境是什么颜色吧。如果眼睛能感觉环境的色彩，并做出相应的伪装，那也没什么稀奇的。但是让人困惑的是，头足类大多数是色盲，除了黑白，根本分不清其他颜色！

关于头足类是不是色盲，历史上曾有过很长时间的争论——因为这件事太难以置信了。动物行为学家做的一些实验也自相矛盾，有的说头足类是色盲，有的说不是色盲，莫衷一是。但到1980年代，大家对于“所有头足类动物都是色盲”这一点基本已达成共识。因为科学家解剖了许多头足类动物的眼睛之后发现，它们眼睛中没有像人类眼睛中用于形成彩色视觉的视锥细胞。

发现皮肤上也有感光蛋白

这就加深了头足类伪装的奥秘。尤其你要考虑到，当有掠食动物正在伺机捕捉它们时，头足类动物却只能看到黑白两色，这对它们的生存显然是非常不利的。

美国马萨诸塞州海洋生物实验室的罗杰·汉伦和他的同事已经花了很多年时间去揭开头足类动物皮肤中负责变换体色和花纹的生物学机制。他们发现，头足类皮肤中的变色系统是一个复杂的装置，它至少由两层组成：上层是分泌各种“颜料”的色素囊，下层是制造“颜料”的组织。

有一天，汉伦突然想到：如果头足类动物不能用眼睛看到的色彩，或许它们用皮肤能看到呢？

这个想法并不像听起来那么怪异。研究人员已经发现，在一些动物的皮肤中含有一种感光蛋白，它跟眼睛中的视蛋白属于同一个家族，所以一般也叫做视蛋白。

于是，汉伦对鱿鱼皮肤中的蛋白进行了一次“大检查”。嘿嘿，他真的发现了视蛋白。2010年的这个发现带来了一个全新的研究领域。此后，他与视觉科学家合作，希望找出皮肤上的视蛋白是如何工作的，以及它们是否与头足类动物皮肤上的变色装置有关。

感光蛋白似乎与变色没关系

如果头足类动物通过皮肤就能直接对颜色做出反应，而不涉及大脑，那就可以解释为什么动物学家们之前调查“头足类是否色盲”的实验会得出矛盾的结果了。因为有些实验只是了解眼睛是否能看到颜色的;而另一些实验则是调查它们整体上对颜色是否能做出反应的。前者只涉及眼睛，后者涉及整个身体。头足类虽然不能看到颜色，但并不意味着它们对颜色没有任何感觉。

汉伦的研究小组花了五年的时间在鱿鱼和章鱼皮肤上照射各种有色光。但遗憾的是，他们没有发现皮肤上的视蛋白跟头足类的那套变色系统有任何联系。

另一个研究小组，从一种叫“两点章鱼”的头足类身上取了一块豌豆大小的皮肤，放在显微镜下观察色素囊，然后朝色素囊照射光线。他们发现，“虽然反应有点延迟，但章鱼皮肤上的色素囊随后像花朵一样张开了。” 但尽管这个实验表明章鱼皮肤对光有反应，依然没有解释为什么会有反应，也没有解释这个过程是否涉及视蛋白。

一个更严重的问题是，头足类皮肤中的视蛋白与它们眼睛中的视蛋白是完全一样的！试想，倘若眼睛和皮肤上感知颜色的蛋白是一样的，那用眼睛看不见的颜色，怎么能用皮肤看到呢？

汉伦的猜测是，头足类动物的皮肤中或许还藏有未被发现的视蛋白（因为视蛋白是一个大家族，不止一种）。但答案需要对头足类动物的基因组进行测序、筛查之后才能知道。目前，已经有科学家在做这件事情。

通过色差来辨别颜色？

既然皮肤上的视蛋白似乎不起什么作用，美国哈佛大学的两位物理学家就试着从另一个角度来解决这个问题。

他们的建议发表于2016年，其核心想法是色差的概念。我们知道，一束光由不同波长的光组成，而不同波长意味着不同颜色。同一种材料对不同波长的光，折射率是不一样的。所以，当不同颜色的光通过透镜时，会聚焦于透镜后面不同的位置，这一现象叫色差。这种效应同样发生于相机和人眼中，而且在瞳孔中偏离中心的位置这个效应最显著。在头足类的眼睛上也能发现这种效应。

两位科学家计算出，如果头足类动物的眼睛足够灵敏，能探测到不同颜色光产生的色差（换句话说，能识别不同颜色入射光焦点位置的差别），那么即使没有专门感受颜色的视锥细胞，也一样能辨别颜色。所以他们猜测，头足类的变换肤色，可能还是取决于眼睛，而不是皮肤本身能“看”。

但这只是证明理论上是可行的，至于实际情况是否如此，还需要通过有说服力的实验来证明。

“大师”的身份受到怀疑

随着对这个问题的研究深入，有人甚至对头足类动物的伪装本领起了怀疑。他们不禁问：它們真是伪装大师吗？

这个问题的缘起是这样：头足类的伪装在我们眼里当然是十分成功的，可以达到以假乱真的效果。但在这个问题上，我们其实是没有发言权的，首先，在自然条件下，人类既不是头足类的猎物，也不是它们的掠食动物。其次，人类眼睛辨别色彩的能力其实是很有限的。我们的眼睛中只有辨别三种颜色（红、绿、蓝，即是我们所谓的“基色”）的视锥细胞。但在大自然中，很多动物都有远比我们丰富的色彩视觉。比如头足类的掠食动物之一潜水鸟，其色彩视觉就比我们丰富。一条章鱼在我们看起来或许伪装得非常成功，但说不定一眼就能被潜水鸟识破呢。那你还能说它伪装得成功吗？

为了回答这个问题，汉伦目前正在开发一种能辨别16种“基色”的超级光谱相机。如果证实章鱼的伪装对捕食者也有效，那就可以消除人们的怀疑。至于它们是怎么做到的？那当然又是另一个难题。

如果科学家能在头足类皮肤中找到能对色彩起反应的新型视蛋白，或者能证明头足类通过色差来感觉色彩，那说不定以后可以用来治疗人类的色盲呢。

拓展阅读

神秘的视蛋白

我们的眼睛有两种视觉细胞：视杆细胞和视锥细胞。其中视杆细胞对弱光敏感，但只能辨别明暗，不能分辨颜色。视锥细胞能感受强光，对弱光不敏感，但能分辨颜色。

两种细胞中都有一种被称为视蛋白的分子。在过去的几年里，我们发现视蛋白也出现在眼睛以外的地方。它们在那里做什么呢？

以罗非鱼为例。这种鱼的鱼鳍在产卵季节呈红色。2015年的一项研究表明，它们皮肤中的视蛋白似乎对阳光颜色的季节性变化有反应。阳光中的各种光波成分会随着季节发生变化。这是由于不同季节，太阳照射角度不同，导致阳光透过大气层的厚度也不同造成的。比如，大气层越厚，反射紫外线的能力越强，阳光中的紫外线成分越少。而紫外光作用于视蛋白，会促使皮肤中的色素集中，改变鱼鳍的颜色。

在其他动物中，眼睛之外的视蛋白可能起着调节昼夜节律的作用。

视蛋白还出现在哺乳动物（包括我们自己）的大脑和皮肤中。正像头足类动物的情况一样，它们皮肤中的视蛋白到底起什么作用，目前还不清楚。