帝王蝶的后翅是一种罕见的蓝色。许多来自Morpho属的蝴蝶都有蓝色的翅膀。照片：凯文谢弗/盖蒂图片社

当您抬头仰望头顶的蓝天或凝视着看似一望无际的蓝色海洋时，您可能会认为蓝色在自然界中很常见。

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但在岩石、植物和花卉，或动物的皮毛、羽毛、鳞片和皮肤中发现的所有色调中，蓝色出奇地稀少。

图1.在毒镖蛙身上，明亮的蓝色向捕食者发出警告，表明这种动物有毒。照片：JamesH.Robinson/科学来源

但为什么蓝色如此罕见？答案源于颜色产生的化学和物理学——以及我们如何看待颜色。

我们能够看到颜色，因为我们的每只眼睛都包含600万到700万个称为视锥细胞的光敏细胞。具有正常色觉的人的眼睛中有三种不同类型的锥体，每种锥体类型对特定波长的光最敏感：红色、绿色或蓝色。来自数百万个视锥细胞的信息作为电信号到达我们的大脑，这些电信号传达了我们所看到的反射的所有类型的光，然后将其解释为不同的颜色深浅。

当我们看到一个五颜六色的物体时，例如闪闪发光的蓝宝石或鲜艳的绣球花，“这个物体正在吸收一些落在它身上的白光；因为它吸收了一些光，其余的反射光一种颜色，”科学作家凯·库普弗施密特(KaiKupferschmidt)说，他是《蓝色：寻找自然界最稀有的颜色》（TheExperiment，2021年）的作者，他告诉LiveScience。

图2.矢车菊的蓝色可能有助于吸引传粉者。照片：MariaMosolova/科学来源

“当你看到一朵蓝色的花——例如，矢车菊——你看到矢车菊是蓝色的，因为它吸收了光谱的红色部分，”Kupferschmidt说。或者换句话说，花看起来是蓝色的，因为这种颜色是花拒绝的光谱的一部分，在他的书中探讨了这种流行色调的科学和性质。

在可见光谱中，红色的波长很长，这意味着与其他颜色相比，它的能量非常低。Kupferschmidt说，要使花朵呈现蓝色，“它需要能够产生一种能够吸收极少量能量的分子”，以便吸收光谱的红色部分。

产生这种又大又复杂的分子对植物来说是困难的，这就是为什么世界上近30万种开花植物中只有不到10%能开出蓝色花朵。蓝色花朵进化的一个可能驱动因素是蓝色对蜜蜂等传粉媒介高度可见，并且在传粉媒介竞争激烈的生态系统中，产生蓝色花朵可能有益于植物，皇家墨尔本大学副教授兼视觉科学家AdrianDyer澳大利亚墨尔本理工学院在2016年告诉澳大利亚广播公司。

图3.青金石是一种天然存在的蓝色矿物。照片：PhilDegginger/ScienceSource

至于矿物，它们的晶体结构与离子（带电原子或分子）相互作用，以确定光谱的哪些部分被吸收，哪些部分被反射。矿物青金石主要在阿富汗开采，可生产稀有的蓝色颜料群青。青金石含有三硫化物离子——三个硫原子在晶格内结合在一起——可以释放或结合一个电子。

“这种能量差异造就了蓝色，”库普弗施密特说。

蓝色动物的颜色并非来自化学颜料。相反，他们依靠物理学来创造蓝色外观。Morpho属的蓝翅蝴蝶在它们的翅鳞上具有复杂的分层纳米结构，可以操纵光层，因此某些颜色相互抵消，只有蓝色被反射；类似的效果发生在蓝鸟(Cyanocittacristata)的羽毛、蓝尾鱼(Paracanthurushepatus)的鳞片和有毒蓝环章鱼(Hapalochlaenamaculosa)的闪光环中。

哺乳动物的蓝色色调比鸟类、鱼类、爬行动物和昆虫更罕见。一些鲸鱼和海豚的皮肤呈蓝色；金丝猴（Rhinopithecusroxellana）等灵长类动物的脸是蓝色的；和山魈（Mandrillussphinx）有蓝色的脸和蓝色的后端。但是毛皮——大多数陆生哺乳动物共有的特征——从来都不是天然的亮蓝色（至少，在可见光下不是。研究人员最近发现，鸭嘴兽的皮毛在暴露于紫外线（UV）下时会发出鲜艳的蓝色和绿色阴影，LiveScience之前报道过）。

图4.斯皮克斯金刚鹦鹉的蓝色来自它们羽毛中散射光的结构，而不是色素。照片：图片联盟/盖蒂图片社

“但是要使这种蓝色变成使用的蓝色需要很多工作，所以另一个问题就变成了：使蓝色变成蓝色的进化原因是什么？动机是什么？”库普弗施密特说。

“当你潜入这些动物世界时，最令人着迷的是，谁是这条消息的接收者，他们能看到蓝色吗？”

例如，虽然人类在我们的眼睛中有三种感光受体类型，但鸟类有第四种受体类型来感知紫外线。库普弗施密特解释说，在人眼看来呈蓝色的羽毛“实际上比蓝光反射的紫外线更多”。根据这个推理，我们称之为蓝山雀（Cyanistescaeruleus）的鸟类“可能会称自己为‘紫外线山雀’，因为那是它们最常看到的东西，”他说。

根据库普弗施密特的说法，由于蓝色在自然界中的稀缺性，蓝色这个词在世界各地的语言中相对较晚出现，出现在黑色、白色、红色和黄色的词之后。

最早使用蓝色染料可以追溯到大约6,000年前的秘鲁。研究人员于1月15日在《植物科学前沿》杂志上报告说，古埃及人将二氧化硅、氧化钙和氧化铜结合在一起，创造出一种称为irtyu的持久蓝色颜料，用于装饰雕像。群青是一种由青金石磨成的鲜艳蓝色颜料，在中世纪的欧洲与黄金一样珍贵，主要用于插图照明手稿。

蓝色的稀有意味着人们将其视为数千年来的高地位颜色。根据植物科学前沿研究，蓝色长期以来一直与印度教神祇克里希纳和基督教圣母玛利亚联系在一起，而以大自然中的蓝色为灵感的艺术家包括米开朗基罗、高更、毕加索和梵高。

科学家们写道：“天然色素中蓝色的相对稀缺可能激发了我们的迷恋。”

蓝色也为我们的表情着色，出现在几十个英语习语中：你可以做一份蓝领工作，发誓你是个蓝色的人，沉迷于蓝色的恐惧或说话直到你脸色发青，仅举几例。蓝色有时可能意味着自相矛盾的东西，这取决于成语：“蓝天前面意味着光明的未来，但感觉蓝色是悲伤的，”库普弗施密特说。

蓝色在自然界中的稀缺性可能有助于塑造我们对颜色和呈现蓝色的事物的看法。

Kupferschmidt说：“对于蓝色，它就像一整块画布，你仍然可以在上面作画。”“也许是因为它在自然界中很少见，也许是因为我们将它与我们无法真正接触的事物联系在一起，比如天空和大海，可以大限度打开我们对不同事物的想象。”

作者：明迪·韦斯伯格，Futureplc