为什么生命如此多彩？

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我们的远古地球，是一个以柔和的棕色、灰色和绿色为主的世界。但今天，我们的星球已被万花筒般的色彩所点缀。从雄孔雀炫目的羽毛到绚烂多姿的花朵，地球历经了一系列的演化，才得以如此五彩斑斓。然而，这场色彩的爆发是如何发生的？又为何会发生？

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视觉的演化

生物世界向色彩敞开的旅程始于视力的演化。早在6亿多年前，最早的生物或许仅能感知光明与黑暗。这一能力可能出现在单细胞生物（如细菌）中，使它们能够感知环境变化，例如太阳光的方向。

随着时间推移，视觉系统逐步演化，使生物能够感知更广泛的光谱。例如，三色视觉——即感知红、绿、蓝三种不同波长的能力——可追溯至约5亿至5.5亿年前。这一演化与“寒武纪大爆发”（大约5.41亿年前）相吻合，那是生命迅速多样化的时期，高级感官系统（如视觉）也在这一阶段得到发展。

最早拥有三色视觉的动物是一类非脊椎动物——节肢动物（如昆虫、蜘蛛和甲壳类动物）。而在4.2亿至5亿年前，脊椎动物也开始具备三色视觉，使它们能够比单色视觉的生物更精准地识别猎物和捕食者，提高在环境中的导航能力。

化石证据提供了进一步的线索。例如，三叶虫——一类生活在5亿多年前的已灭绝的海洋节肢动物，就拥有复眼。复眼由多个小透镜组成，每个透镜负责捕捉视野的一部分，并最终拼接成马赛克般的影像。这一视觉结构能够探测多种光波长，使三叶虫在昏暗的海洋环境中获得演化优势，提高运动感知能力和生存竞争力。

这些证据表明，生物在自身变得五彩斑斓之前，便已具备感知色彩的能力。

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第一场色彩革命

生命世界的第一场色彩革命由植物引领。早期的植物演化出了五彩斑斓的果实和花朵，如红色、黄色、橙色、蓝色和紫色，以吸引动物帮助传播种子和授粉。

基于现代植物变异的分析模型显示，彩色果实大约出现在3亿至3.77亿年前，并与以果实为食的动物（如哺乳动物的早期近亲）共同演化。相比之下，花朵及其传粉者的出现更晚，大约在1.4亿至2.5亿年前，这标志着地球色彩演化的重要转折点。

到了约1亿年前的白垩纪，被子植物（开花植物）的兴起进一步推动了色彩的大爆发。因为花朵为了吸引蜜蜂、蝴蝶和鸟类等传粉者，演化出了比种子更鲜艳的色彩，塑造了丰富的生态景观。

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动物的色彩演化

动物的显著色彩演化不早于1.4亿年前。在此之前，大多数动物的体色以柔和的棕色和灰色为主。色彩的演化并非必然，是由生态和演化因素塑造的，这些因素可能在不同的情况下导致不同的结果。

鲜艳的色彩通常是一种用于吸引配偶、震慑捕食者或建立等级优势的生存信号。例如，性选择在色彩演化中扮演了关键角色。恐龙化石为早期动物的色彩提供了惊人的证据。例如，近鸟龙化石中的黑素体（含色素的细胞器）显示，它们曾拥有鲜艳的红色羽毛，这些羽毛可能用于求偶展示或威吓对手。

类似地，1千万年前的一种绿黑相间的蛇的鳞片化石表明，早期的爬行动物也利用颜色进行伪装或传递信号。

不过，色彩的演化并不总是简单明了的。例如，毒箭蛙的鲜艳色彩（蓝色、黄色或红色）并非用于吸引配偶，而是一种警戒信号，用来警告捕食者它们具有毒性。

但有趣的是，一些与毒箭蛙亲缘关系较近的物种虽然同样有毒，却演化出了伪装色，而非警戒色。那么，既然隐蔽也能威慑捕食者，为何还要演化出显眼的色彩？答案在于局部的捕食者生态及色彩生成的代价。在某些环境中，捕食者已经学会将明亮色彩与毒性联系起来，此时显眼的颜色反而是一种有效的生存策略。而在其他情况下，伪装可能更有利。

与大多数哺乳动物的二色视觉不同，灵长类（包括人类）演化出了三色视觉，使其能够感知更广泛的色调，包括红色。这一特性可能帮助我们的祖先在森林中更容易找到成熟的果实，同时也可能在社交互动中发挥作用。

值得注意的是，不同物种感知的色彩并不相同。例如，人类看到的花朵颜色，与蜜蜂等传粉者所看到的并不一致。蜜蜂能够探测紫外线光谱，它们看到的花纹往往隐藏在人类视野之外，这显示了色彩是如何根据不同物种的生态需求进行定制的。

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未来的色彩演化

地球的色彩并非一成不变的。气候变化、栖息地丧失及人类活动正在改变颜色的演化压力，并可能重塑未来的视觉景观。例如，有研究发现，一些生活在受污染水域的鱼类正在失去鲜艳的色彩，因为污染物干扰了色素的合成或影响了视觉交流。

回顾过去，地球色彩的故事是一场漫长而渐进的演变，中间穿插着创新的爆发。从5亿年前三叶虫第一次看见彩色的海洋世界，到今日鸟类和花卉的绚烂景象，地球上的生命已用色彩绘制出一幅生动的画卷。

那么，这个充满活力的故事的下一章会是什么？

本文转载自微信公众号“原理”｜作者：Jonathan Goldenberg（隆德大学演化生物学家）｜编译：糖兽

参考资料：https://theconversation.com/why-did-life-evolve-to-be-so-colourful-research-is-starting-to-give-us-some-answers-247136