生命的三原色 ·方舟子· 人类对色彩的研究,可以追溯到两位科学之父:物理学之父牛顿和化 学之父道尔顿。牛顿在十七世纪中叶首先发现,通过三棱镜的折射,白色 的阳光变得象彩虹一样色彩斑斓,也就是说,白光实际上是由几种不同颜 色的光组成的混和光。到了十八世纪,科学家们已经知道,由红、蓝、绿 三种颜色的不同搭配,就可以组成人类所能感知的所有色彩,如果把这三 种颜色的光等量混和,就变成了白光。这三种颜色,因此被称为三原色。 1774年,道尔顿宣布从他和其兄弟身上,发现了红绿色盲:他们 的颜色世界不是由三原色组成的,而只是由黄、蓝两种颜色组成的。他们 看不到红色和绿色。进入了十九世纪,物理学家托马斯·杨提出了一个大 胆的假说,认为所谓三原色,乃是因为人类具有三种独立的感光机制,而 色盲就是因为其中一种或两种机制失灵。随后对色盲的研究验证了这个假 说。尽管存在着许多种色盲,研究的结果表明它们都是由于不能感觉红、 蓝、绿三原色中的一种,其中以红、绿色盲最常见。 这个假说,最终被现代生物学完全证实。 原来在脊椎动物的视网膜,存在着两类感光细胞,根据其形状,我们 分别称为杆细胞和锥细胞。杆细胞是用来感觉光的强弱的,感觉不了色彩。 这种细胞只在光线微弱时才起作用,在白天光线太强时,杆细胞会失活, 在黑暗中才逐渐恢复。锥细胞则相反,是用来感觉颜色的,只有在光线较 强时才会起作用。如果你从较亮的地方走进黑暗中,会突然觉得失明,就 是因为这时候锥细胞已不起作用,而杆细胞要过几分钟才能开始有功能。 对于那些只在白天活动而在夜间睡大觉的动物,比如说松鼠,它们只 有锥细胞而没有杆细胞;而那些昼伏夜出的动物则相反,只有杆细胞而没 有锥细胞。人类的杆细胞远多于锥细胞,大约有一亿多杆细胞和六百万锥 细胞(这些细胞的受体占人身所有受体的百分之七十,视觉对人的重要性 由此可见),但是杆细胞只分布在视网膜的周围,在中心处则没有,而锥 细胞则集中在视网膜的中心处,因此平时主要是锥细胞在起作用。在黑暗 中,你如果直接盯着一样东西看,光线落在视网膜的中心,可能看不清, 如果斜着眼去看,让光线落在杆细胞集中的视网膜边缘,反而看得清。早 在我们发现杆细胞和锥细胞之前,天文学家就已经知道用这种办法去观察 亮度很低的星星了。 杆细胞只有一种,但是锥细胞却有三种,分别有红、绿、蓝三种色素 (视蛋白质),感受红、绿、蓝三种光,产生的神经信号被传递到大脑, 我们就看到了一个色彩缤纷的世界了。如果有哪一种锥细胞不存在或有缺 陷,在你的视觉世界中就少了一种原色。 这三种色素,以及杆细胞中的视紫红素,是由不同的基因表达的。几 年前,这些基因都被发现了。四种色素基因位于三个染色体上,视紫红色 和蓝色素基因分别位于三号和七号染色体,而红、绿色素的基因则连在一 起,都位于X性染色体上。大家知道,男性只有一个X染色体,它一出了 毛病就会表现出来,不象女性有一对X染色体,一个出了毛病还会被另一 个掩盖过去,因此红绿色盲是一种性连锁遗传病,在男性中要比女性多得 多。 红色素基因和绿色素基因的序列非常相似,有98%相同,很显然, 它们是从同一种基因进化来的。实际上,四种色素基因都存在一定的相似 性,计算表明,它们是在大约5-10亿年前由同一种基因进化来的,而 红、绿色素基因的分化则比较晚,在3-4千万年前才发生。也就是说, 在3-4千万年前,眼睛还没办法区分红、绿色,大家都是红绿色盲。 出乎意料的是,男性中绿色素的基因数目并不是固定的,对大多数男 性来说,有两个绿色素基因和一个红色素基因,即这两种基因的比例是2 :1,但是比例是1:1或3:1的也并不罕见。这两种基因比例的不同, 导致男性对红、绿两色的感觉存在着变异。这种变异的存在,是不是表明 绿色素基因正在进化成两种新的色素基因呢?那样的话,我们就会有四原 色,而一个四原色的世界会是什么样的呢? 1997.2.14.