你以为只有眼睛能感光？你的身体里，还藏着这样的“光探测器”

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这只章鱼在移动时，会随着周围环境的明暗变化而改变体色。它皮肤中的视蛋白能感知光强变化，名为色素细胞的结构则会随之扩张或收缩 图片来源:DREKS / SHUTTERSTOCK

从伪装、调节生物钟到伤口愈合，名为视蛋白的感光蛋白在自然界中承担着多种功能，并不只是帮助生物看见周围的世界。

阳光照在章鱼身上时，能触发一次迅速的变色、瞬间完成伪装，这要归功于嵌在它皮肤里的感光分子。阳光照在鸟类的头骨上时，大脑深处类似的化合物会感知白昼长短的变化，帮助鸟类决定何时交配或迁徙。

视蛋白是一类能迅速对阳光作出反应的感光蛋白，几乎所有动物的眼睛内外都能找到它们。它们不仅参与视觉，还调控着多种行为。然而，直到大约四分之一个世纪以前，科学界仍普遍认为：在人类身上，视蛋白唯一的作用就是帮助我们看见东西。

但过去二十年来，越来越多的研究表明：和蜜蜂、斑马鱼、啮齿类等生物一样，我们的眼睛乃至全身各处，也存在不参与视觉的视蛋白。这些分子似乎广泛参与人体的生理活动，影响情绪、代谢、睡眠、思维与社交行为。

自生命诞生以来，生活在这颗沐浴着阳光的星球上的生物，就不得不演化出抵御紫外线的方式，因为紫外线会损伤 DNA。不过，阳光虽然可能会带来危险，但大多数动物也依赖它来调节体温、辨别方向，以及调控生长和性发育等重要生理活动，这并不奇怪。

研究者在动物界不断发现，感光视蛋白参与了视觉以外的多种生物学过程，包括伪装、通过白昼长短的变化感知季节更替、与 24 小时的昼夜周期保持同步，以及情绪调节、伤口愈合等。自左上起顺时针：蛙、蛾类幼虫、麻雀、隆头鱼 图片来源自左上起顺时针 图源:KNOWABLE MAGAZINE

罗德岛州普罗维登斯的布朗大学视觉神经科学家戴维·伯森（David Berson）说：“光生物学是一个庞大的研究领域，因为光几乎影响着地球上的一切，生活在洞穴深处的鱼类除外。”

人类视网膜中的感光细胞会向大脑传递信号，使我们产生视觉，这一点早已为人熟知。视锥细胞对不同颜色、不同波长的光作出反应，视杆细胞则让我们在弱光下也能辨认周围环境。这两类细胞中都嵌有一类特殊的蛋白质——视觉视蛋白，正是它们使这些细胞能够发挥感光功能。

如今，科学家正在研究人体内另外三种对光有反应的蛋白质：黑视蛋白、脑视蛋白和神经视蛋白。有研究者把它们称作“三姐妹”。这三种分子在视网膜、大脑、皮肤、免疫系统和血管中各有分布。其中后两种仍未得到充分认识，科学家对早期研究结果的解读也存在分歧。不过，人们正逐渐形成共识：光通过多种方式影响人类健康。充分的证据表明，非视觉视蛋白会影响情绪调节和日常生物规律；初步研究还提示，它们可能参与脂肪储存与代谢、视力正常发育等其他过程。

弗吉尼亚大学生物学家伊吉·普罗文西奥（Iggy Provencio）说：“我想，我们现在正越来越深刻地认识到，光会影响许多与视觉无关的行为和生理活动。”

意想不到的感光机制

1998 年，普罗文西奥和同事发现了这三种非视觉感光蛋白中的一种——黑视蛋白。早在被发现并命名之前，它就已经“出了名”：少数专家预测了它的存在，却遭到大多数人的嘲笑。眼睛里竟然有一种与光有关、却不负责视觉的分子？普罗文西奥回忆道：“我们当时开玩笑说，在学术会议上，只要循着笑声，就能找到我们展示研究成果的海报。”

然而，一些线索令人十分好奇。许多全盲者的生物钟无法与地球的昼夜周期保持同步，因此科学家知道，维持健康至关重要的同步过程与眼睛有关。与此同时，包括现任职于牛津大学的拉塞尔·福斯特（Russell Foster）在内的昼夜节律研究者发现：即使缺少视觉所必需的视杆细胞和视锥细胞，小鼠仍能让日常活动与昼夜节律保持同步；但一旦摘除眼球，它们就做不到了。这说明，眼睛里一定存在某种未知的感光器，能感知有无光线及光照强弱，将一天中的时间信息传给大脑，而其功能与视觉无关。

黑视蛋白正是这种感光器。随后，普罗文西奥又有了新发现。2002 年，他的团队制备出一种能与黑视蛋白结合的抗体，将其用于铺平的小鼠视网膜，并在显微镜下观察。他们希望弄清黑视蛋白分布在哪里、数量有多少，但并不知道会看到怎样的景象。映入眼帘的是一幅幽灵般的网格状图案，普罗文西奥后来称之为“感光网络”，它显示出黑视蛋白在眼球结构中分布得多么广泛。他回忆，自己转头对同事说：“你意识到了吗？我们是世界上第一批看到哺乳动物这一全新感觉系统的人。”“那真是令人激动。”

眼睛里有一种不参与视觉的感光蛋白——黑视蛋白。它通过感知光线、向大脑中的“主时钟”传递信号，帮助身体与 24 小时的昼夜周期保持同步。这张光学显微镜图像由黑视蛋白的共同发现者、弗吉尼亚大学生物学家普罗文西奥制作，显示了黑视蛋白在小鼠视网膜中的广泛分布 图片来源:IGGY PROVENCIO

此后，其他科学家发现黑视蛋白的作用远不止帮助调节生物钟。美国国家精神卫生研究所神经科学家萨梅尔·哈塔尔（Samer Hattar）牵头开展的啮齿类动物研究表明，视网膜中含有黑视蛋白的细胞会将有关光照的信息传递到大脑各处，而不只是传给“主时钟”。通过这些通路，眼睛接收到的光照信息会直接传递到下丘脑、缰周核等脑区：下丘脑影响学习和困倦程度，缰周核则影响情绪调节。这意味着日光具有强大的生物学作用。哈塔尔说，在日光照射下，我们往往心情更好、更清醒，思维也更敏捷。伯森认为，这些效应或许能解释为什么采光好的房子更受欢迎。

黑视蛋白解释了一个悬而未决的科学问题：日光如何调节我们的生物钟。相比之下，人体内另外两种由光激活的非视觉视蛋白，就显得有些古怪了。科学家在分析基因组时发现了它们。虽然它们具有视蛋白特有的分子结构，但在此后的很长一段时间里，没人知道它们究竟发挥着什么作用，还是仅仅是演化过程中留下的遗存。

户外活动时间不足

不过，关于神经视蛋白和脑视蛋白这两种分子的作用，证据正不断积累。两者有一个相对明确的共同功能，与眼球的健康发育有关。研究提示，除了获得充足的远眺机会，接受紫光刺激也可能有助于儿童的眼球正常发育成球形，而不是变成导致近视的椭圆形。室内照明往往缺少这一波段的光。

布朗大学细胞生物学家埃琳娜·万恰（Elena Oancea）是《生理学年度评论》2026 年一篇非视觉视蛋白综述的合著者，她说："现在孩子们花大量时间待在电脑前，到户外活动的时间很少。”全球近视率正在快速上升。研究表明，户外活动有助于预防近视；中国正通过要求中小学生有较充足的户外活动时间，来应对近视高发的问题。

新发现的感光蛋白、神经视蛋白和脑视蛋白可能参与眼球的正常发育；远眺时间不足也可能影响眼球的发育。近视时，眼球会变成椭圆形，而不是球形。为应对不断上升的近视率，中国已要求学生增加户外活动时间。图中，学生们正在教室外上课 图片来源:NINGLI WANG / CC BY-NC 4.0

神经视蛋白还可能帮助伤口愈合。在一项近期研究中，位于西雅图的华盛顿大学分子生物学家伊桑·布尔（Ethan Buhr）和同事们发现：小鼠角膜受损后，神经视蛋白水平升高，伤口愈合加快；而经过改造、缺乏神经视蛋白的小鼠，角膜愈合则明显更慢。

布尔认为，神经视蛋白可能通过以下方式帮助伤口愈合：在一天中紫外线可能损伤脆弱新生组织的时段，抑制细胞生长；到了黑暗时段，再加快愈合。他尚未发表的最新研究提示，皮肤中可能也存在同样的机制：神经视蛋白似乎能够感知日照时段，从而启动抵御紫外线的防护机制。

还有一些有趣但尚属初步的发现。例如，脑视蛋白可能至少通过两种途径调节代谢。新研究提示，阳光穿透皮肤后，会促使皮下脂肪分解。多家实验室的研究表明，脑视蛋白存在于脂肪组织中，可被蓝光激活，它可能是启动脂肪分解、使脂肪转化为可用能量这一机制的关键组成部分。

在另一项近期研究中，万恰与辛辛那提儿童医院“光科学中心”联合主任理查德·朗（Richard Lang）及其同事发现，在小鼠体内，脑视蛋白会抑制大脑中一种调节食欲的信号，从而促使小鼠寻找食物。

科学家表示，从演化角度看，光照对代谢、情绪和清醒程度的这些影响都说得通。在现代生活方式出现以前，人类主要在户外生活，每天从黎明开始活动。太阳一升起，非视觉视蛋白便会被激活，引发细微变化，让我们的身体和精神为一天的活动做好准备。

这些由光激活的生物感光器，或许还能帮助解释为什么光疗灯箱能够缓解冬季抑郁。朗说，其作用机制可能与黑视蛋白向大脑中调节情绪的区域传递信号有关。

对皮肤癌的担忧让人们把太阳视为敌人。然而，对非视觉视蛋白的研究，以及对它们在演化早期就已带来的益处日益加深的认识，都提示我们需要多接触自然光。伯森说：“我们在电灯照亮的人造环境中悠然度日，以为这样不会有问题。然而，我们正在让自己生病。”

哈塔尔和其他视蛋白研究者建议，每天不戴太阳镜、不涂防晒霜到户外待至少 15 分钟（为避免日晒伤害，可以选择清晨出门，或待在阴凉处）。眼睛接收到自然光，有助于改善情绪，让我们思维更清晰。而且，尽管这听起来有悖直觉，初步证据提示，照在身体上的阳光可能会激活有助于维持皮肤健康的 DNA 修复机制。“不要过量，”朗提醒道，但“适度接触一点阳光，可能是件好事”。

作者：Chris Lee

翻译：趁早玩

审校：持之以恒

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【互动问题：你的作息被光“安排”过吗？比如换了窗帘、换了工位、换了城市，睡眠跟着变了。】

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编辑：楠客

翻译内容仅代表作者观点

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