简介

在动物展示的多种现象中 — 由拟态、冬眠，到生物发光 — 其中一种最吸引的是一些动物在眨眼间改变身体颜色的能力。借此牠们能避过捕食者的法眼，与同伴沟通，在受威胁时恐吓对方，以及调节身体温度。

动物如何改变颜色？

动物变色的过程涉及名为色素细胞的特化细胞。这些带颜色的细胞位于皮肤内，含有色素或光子结构 [1]。色素吸收可见光中特定波长的光，并反射那些没有吸收到的波长，结果产生我们所见的颜色。含色素的色素细胞以其颜色命名，包括黑色素细胞（黑色或深棕色）、蓝色素细胞、黄色素细胞等等。除了由色素构成的颜色外，还有透过另一种原理构成的结构色（structural colours）。在鱼类、两栖类和爬虫类找到的晶体细胞含有透明的鸟嘌呤奈米晶体 [2]，它能干涉（interfere）从皮肤表面反射特定频率的光 [3]。晶体细胞亦能产生颜色随观察角度改变的虹彩 [1]。

变色龙

变色龙众所周知是变色动物的代表。其他动物透过控制色素细胞的聚散变色，而变色龙就有两层晶体细胞加强对身体颜色的控制 [2]。上层包含排列整齐的鸟嘌呤奈米晶体。七彩变色龙（panther chameleons）可以透过增加细小晶体间的距离控制光的干涉以改变颜色，使皮肤由原本反射蓝光变成反射波长较长的红光。雄性七彩变色龙会在雄性竞争或求偶中被触发，在黄色素细胞提供背景色下，将身体颜色由整体的绿色变成黄或橙色。

下层包含对近红外线（700–1,400 nm）有高反射性的杂乱鸟嘌呤晶体。它们能把直接和间接来自太阳的「热辐射」反射至环境，为变色龙提供被动的隔热功能，使牠们在干燥和烈日下的生境中体温亦得以下降。

拟态章鱼

变色龙无疑是使科学家多年以来一直著迷的研究对象，但拟态章鱼的伪装技术也不相伯仲，甚至有过之而无不及。在众多品种的章鱼中，Thaumoctopus mimicus 的伪装技术最受人瞩目，它能透过复杂的身体动作和瞬息万变地使皮肤变色来模仿目标 [4]。拟态章鱼对其色素细胞和晶体细胞的精密控制使牠能随意变色 [1]。牠们的色素细胞被辐射肌环绕，肌肉收缩时色素细胞得以展开，增加色素展示的面积，令皮肤颜色变深。与变色龙相似，头足类也拥有使牠们可以透过光学干涉改变颜色的晶体细胞。通过改变反射素（reflectin）蛋白的排列和分子结构，以及把水排出细胞外，晶体细胞可以被随意「开关」，因为以上两个程序皆能改变细胞的光学特性 [1]。透过选择性启动不同色素细胞和晶体细胞组合来调配不同颜色，拟态章鱼可以准确地模仿四围环境的样式，又能变成不同形状扮演多种海洋生物，例如比目鱼、魔鬼蓑鲉（狮子鱼）和黄唇青斑海蛇 [4]。

除了色素细胞外，拟态章鱼也会用名为乳突（papillae）的特化皮肤细胞使拟态变得更为逼真 [5]。这些乳突是细小肌肉组织，可以改变章鱼皮肤立体质感，为本来已经非常像真的伪装点龙点晴。

结语

对于变色龙、章鱼等动物的变色能力所作的研究展现了生物体内错综复杂的运作机制及物种对自然环境的适应性。通过研究这些机制，我们可以了解动物生存和沟通的策略，增进我们相关知识和对生物多样性的关注。

参考资料：

1. Figon, F., & Casas, J. (2018, August 24). Morphological and Physiological Colour Changes in the Animal Kingdom. In H. Kehrer-Sawatzki (Ed.), Encyclopedia of Life Sciences. Wiley. https://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/9780470015902.a0028065#pane-pcw-references
2. Teyssier, J., Saenko, S. V., van der Marel, D., & Milinkovitch, M. C. (2015). Photonic crystals cause active colour change in chameleons. Nature Communications, 6, 6368. https://doi.org/10.1038/ncomms7368
3. Manoharan, V. N. (n.d.). Structural color. Manoharan Lab. https://manoharan.seas.harvard.edu/structural-color
4. Ureña Gómez-Moreno, J. M. (2019). The 'Mimic' or 'Mimetic' Octopus? A Cognitive-Semiotic Study of Mimicry and Deception in Thaumoctopus Mimicus. Biosemiotics, 12, 441–467. https://doi.org/10.1007/s12304-019-09362-y
5. Hanlon, R., Vecchione, M., Allcock, L. (2018). Octopus, Squid, and Cuttlefish: a Visual, Scientific Guide to the Oceans’ Most Advanced Invertebrates. The University of Chicago Press. https://doi.org/10.7208/9780226459738

作者︰
香港科技大学《科言》学生编辑 Roshni Printer

译者：
香港科技大学《科言》总编辑 刘劭行

2024年9月