帝王蝶的後翅是一種罕見的藍色。許多來自 Morpho 屬的蝴蝶都有藍色的翅膀。照片：凱文謝弗/蓋蒂圖片社

當您擡頭仰望頭頂的藍天或凝視着看似一望無際的藍色海洋時，您可能會認為藍色在自然界中很常見。

但在岩石、植物和花卉，或動物的皮毛、羽毛、鱗片和皮膚中發現的所有色調中，藍色出奇地稀少。

圖 1. 在毒镖蛙身上，明亮的藍色向捕食者發出警告，表明這種動物有毒。照片：James H. Robinson/科學來源

但為什麼藍色如此罕見？答案源于顔色産生的化學和物理學——以及我們如何看待顔色。

我們能夠看到顔色，因為我們的每隻眼睛都包含 600 萬到 700 萬個稱為視錐細胞的光敏細胞。具有正常色覺的人的眼睛中有三種不同類型的錐體，每種錐體類型對特定波長的光最敏感：紅色、綠色或藍色。來自數百萬個視錐細胞的信息作為電信号到達我們的大腦，這些電信号傳達了我們所看到的反射的所有類型的光，然後将其解釋為不同的顔色深淺。

當我們看到一個五顔六色的物體時，例如閃閃發光的藍寶石或鮮豔的繡球花，“這個物體正在吸收一些落在它身上的白光；因為它吸收了一些光，其餘的反射光一種顔色，”科學作家凱·庫普弗施密特 (Kai Kupferschmidt) 說，他是《藍色：尋找自然界最稀有的顔色》（The Experiment，2021 年）的作者，他告訴 Live Science。

圖 2. 矢車菊的藍色可能有助于吸引傳粉者。照片：Maria Mosolova/科學來源

“當你看到一朵藍色的花——例如，矢車菊——你看到矢車菊是藍色的，因為它吸收了光譜的紅色部分，”Kupferschmidt 說。或者換句話說，花看起來是藍色的，因為這種顔色是花拒絕的光譜的一部分，在他的書中探讨了這種流行色調的科學和性質。

在可見光譜中，紅色的波長很長，這意味着與其他顔色相比，它的能量非常低。Kupferschmidt 說，要使花朵呈現藍色，“它需要能夠産生一種能夠吸收極少量能量的分子”，以便吸收光譜的紅色部分。

産生這種又大又複雜的分子對植物來說是困難的，這就是為什麼世界上近 30 萬種開花植物中隻有不到 10% 能開出藍色花朵。藍色花朵進化的一個可能驅動因素是藍色對蜜蜂等傳粉媒介高度可見，并且在傳粉媒介競争激烈的生态系統中，産生藍色花朵可能有益于植物，皇家墨爾本大學副教授兼視覺科學家 Adrian Dyer澳大利亞墨爾本理工學院在 2016 年告訴澳大利亞廣播公司。

圖 3. 青金石是一種天然存在的藍色礦物。照片：Phil Degginger/Science Source

至于礦物，它們的晶體結構與離子（帶電原子或分子）相互作用，以确定光譜的哪些部分被吸收，哪些部分被反射。礦物青金石主要在阿富汗開采，可生産稀有的藍色顔料群青。青金石含有三硫化物離子——三個硫原子在晶格内結合在一起——可以釋放或結合一個電子。

“這種能量差異造就了藍色，”庫普弗施密特說。

藍色動物的顔色并非來自化學顔料。相反，他們依靠物理學來創造藍色外觀。Morpho屬的藍翅蝴蝶在它們的翅鱗上具有複雜的分層納米結構，可以操縱光層，因此某些顔色相互抵消，隻有藍色被反射；類似的效果發生在藍鳥 ( Cyanocitta cristata )的羽毛、藍尾魚( Paracanthurus hepatus )的鱗片和有毒藍環章魚 ( Hapalochlaena maculosa )的閃光環中。

哺乳動物的藍色色調比鳥類、魚類、爬行動物和昆蟲更罕見。一些鲸魚和海豚的皮膚呈藍色；金絲猴（Rhinopithecus roxellana）等靈長類動物的臉是藍色的；和山魈（Mandrillus sphinx）有藍色的臉和藍色的後端。但是毛皮——大多數陸生哺乳動物共有的特征——從來都不是天然的亮藍色（至少，在可見光下不是。研究人員最近發現，鴨嘴獸的皮毛在暴露于紫外線（UV）下時會發出鮮豔的藍色和綠色陰影，Live Science之前報道過）。

圖 4. 斯皮克斯金剛鹦鹉的藍色來自它們羽毛中散射光的結構，而不是色素。照片：圖片聯盟/蓋蒂圖片社

“但是要使這種藍色變成使用的藍色需要很多工作，所以另一個問題就變成了：使藍色變成藍色的進化原因是什麼？動機是什麼？” 庫普弗施密特說。

“當你潛入這些動物世界時，最令人着迷的是，誰是這條消息的接收者，他們能看到藍色嗎？”

例如，雖然人類在我們的眼睛中有三種感光受體類型，但鳥類有第四種受體類型來感知紫外線。庫普弗施密特解釋說，在人眼看來呈藍色的羽毛“實際上比藍光反射的紫外線更多”。根據這個推理，我們稱之為藍山雀（Cyanistes caeruleus）的鳥類“可能會稱自己為‘紫外線山雀’，因為那是它們最常看到的東西，”他說。

根據庫普弗施密特的說法，由于藍色在自然界中的稀缺性，藍色這個詞在世界各地的語言中相對較晚出現，出現在黑色、白色、紅色和黃色的詞之後。

最早使用藍色染料可以追溯到大約 6,000 年前的秘魯。研究人員于 1 月 15 日在《植物科學前沿》雜志上報告說，古埃及人将二氧化矽、氧化鈣和氧化銅結合在一起，創造出一種稱為 irtyu 的持久藍色顔料，用于裝飾雕像。群青是一種由青金石磨成的鮮豔藍色顔料，在中世紀的歐洲與黃金一樣珍貴，主要用于插圖照明手稿。

藍色的稀有意味着人們将其視為數千年來的高地位顔色。根據植物科學前沿研究，藍色長期以來一直與印度教神祇克裡希納和基督教聖母瑪利亞聯系在一起，而以大自然中的藍色為靈感的藝術家包括米開朗基羅、高更、畢加索和梵高。

科學家們寫道：“天然色素中藍色的相對稀缺可能激發了我們的迷戀。”

藍色也為我們的表情着色，出現在幾十個英語習語中：你可以做一份藍領工作，發誓你是個藍色的人，沉迷于藍色的恐懼或說話直到你臉色發青，僅舉幾例。藍色有時可能意味着自相矛盾的東西，這取決于成語：“'藍天前面'意味着光明的未來，但'感覺藍色'是悲傷的，”庫普弗施密特說。

藍色在自然界中的稀缺性可能有助于塑造我們對顔色和呈現藍色的事物的看法。

Kupferschmidt 說：“對于藍色，它就像一整塊畫布，你仍然可以在上面作畫。” “也許是因為它在自然界中很少見，也許是因為我們将它與我們無法真正接觸的事物聯系在一起，比如天空和大海，可以大限度打開我們對不同事物的想象。”

作者：明迪·韋斯伯格，Future plc