通过颜色,我们大家可以看到不同植物在自然界中的适应与竞争,一只通红的苹果,一支正在盛开的粉色花朵以及结满黄色果实的柚子树,这些代表性的颜色都在潜移默化中传递着植物生存的智慧。
但是,纵观整个自然界,蓝色的植物(包括花朵、果实)却并不常见,蓝莓或许是你能最先想到的蓝色植物(果实)。然而,违反常理的是,如果将蓝莓榨成汁,呈现出来的颜色却是深红紫色并非靛蓝色。
17世纪中叶,科学家艾克萨·牛顿做了一个著名实验:光的色散。他让一束白光穿过三棱镜,结果白光被分离成了从红色到紫色的可见光谱,出现这种现象的原因则是由于白光在棱镜中发生了折射,而每种颜色的光其实都有着不同的频率,因此在穿过棱镜时速度也不同,导致颜色会以不同的角度弯曲,分离成可见的光谱。
这个实验表明,白光其实是由多种颜色混合而成,当不同频率的光(如太阳光)照射到我们的眼睛时,我们的大脑就会自动将不同的颜色组合为白色。
但是,如果白光打在其他地方,情况就发生了变化。例如路边上常见的蓝色交通指示牌,
同样的原理也适用于我们日常生活中看到的大多数事物,蓝莓呈现蓝色是因为反射了蓝光,树叶在绿的时候是因为反射了绿光并吸收了其他颜色。
了解了颜色的由来,接下来我们要更进一步——是什么决定了哪些颜色会被反射呢?
众所周知,植物体内都含有生物色素,这些色素中的分子以不同的方式与不同颜色的光相互作用,就能选择性吸收某些颜色的光并反射其他颜色的光,这也是颜色的第一种产生方式。
叶绿素就是一个典型例子,许多需要进行光合作用的植物都有叶绿素,在太阳光照射过来时,其中的红光、蓝光、黄光等颜色的光几乎都会被吸收,唯独绿光不会,相反,绿光会被反射,让植物看起来是绿色的。
因为蓝莓中虽然含有高浓度的花青素,不过其散射曲线一般为深红色,与果皮上的靛蓝色完全不同,而在剥开蓝莓的果皮后能够正常的看到深红色的果肉。
答案来自颜色的第二种产生方式:结构色。这种形式的颜色不太常见,但却能产生自然界中极其鲜艳的颜色。与第一种颜色产生的方式不同,
那么蓝莓的结构色从哪儿来的呢?不知道大家有没注意过,蓝莓表面总是覆盖着一层白白的、像霜一样的物质,这其实是它们的保护蜡,很多植物都有。这种植物保护蜡具有自我排序和自我修复能力,决定了植物的大部分特性,比如疏水性、自清洁以及对昆虫和微生物病原体的抵抗力。
显然,植物保护蜡与纤维素等生物材料一样,是研究的热门,但令人惊讶的是,对于保护蜡的研究大多分布在在它们表面的疏水性,而对保护蜡的光学特性研究甚少。
来自英国布里斯托尔大学的研究员罗克斯·米德尔顿关注到了这样的领域,他对蓝莓蓝色来源很感兴趣,于是取下了蓝莓表面蜡质的样本,并将其重新结晶,结果复现了蓝莓表面的靛蓝色。
少数带有蓝色的物种如风铃草、蝴蝶和热带青蛙,基本上也是依靠结构色来产生这种颜色,其目的主要是防御捕食者。即使是蓝色的岩石和矿物,如蓝宝石和青金石,自然界中也极为稀少。
这背后的原因主要在于:天然蓝素在动植物中几乎不存在。并且相较于红色光等波长较长、能量较低的光来说,反射蓝光需要一种能够吸收少量能量的低能光子,以此来吸收光谱中的红色部分,植物很难生成这种大而复杂的分子。因此结构色就提供了一条成本较低的“变蓝”途径。
尽管蓝色在自然界中很罕见,但人类通过模仿颜色的两种产生方式,已经创造出了丰富多彩的蓝色。无论是利用化学方法调制颜料,还是利用光线和结构的巧妙反射,已经让蓝色从稀有变为了生活中常见的点缀。