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2017年88元免费彩金|人体没有蓝色素,那为什么会有蓝眼睛?|睡前科学故事

时间:2020-01-11 15:58:39    热度:748

2017年88元免费彩金|人体没有蓝色素,那为什么会有蓝眼睛?|睡前科学故事

2017年88元免费彩金,本文由公众号 “把科学带回家” 提供

给孩子最好的科学教育

大朋友小朋友们,第一次见到蓝眼睛的外国人的时候,你肯定会好奇,为什么他们的眼睛是蓝颜色的?

有人可能会告诉你,这和他们眼睛里的色素有关系。

可是,人体内是没有蓝色素的。别说人类了,大多数脊椎动物都无法产生蓝色素。

实际上,到目前为止除了2种脊椎动物,其实就是2种鱼——花斑连鳍䲗 (xián) 和变色连鳍䲗以外,人们没有发现任何能够制造蓝色色素的脊椎动物。

(花斑连鳍䲗 xián (上)和变色连鳍䲗(下),它们是唯一能够制造蓝色素的脊椎动物)

蓝色素在两栖 和植物中很常见,比如许多果子就是蓝色的。至于为什么脊椎动物无法产生蓝色素,还没有人能解释为什么。

(活着的非洲洛马米长尾猴的屁屁是蓝色的,就像穿着牛仔裤;死了以后(右图),就会变成白色,这证明洛马米长尾猴的蓝色是一种结构色(见下文)。实际上,除了上面提到的2种鱼以外,没有脊椎动物能产生蓝色素。)

既然人体内没有蓝色素,那么为什么会有蓝色的眼睛呢?

简单地说,这个问题的答案,在天上。

人眼的蓝色,和天空呈现蓝色的原理是类似的。

这个结论步子迈得有点大。我们一步一步地解释。

人眼睛的颜色,主要指的是虹膜的颜色。虹膜就是能够形成瞳孔的眼部结构。

(蓝色的虹膜,中间的黑洞是瞳孔)

虹膜大致分为正反两层:正面的是虹膜基质和覆盖在上面的上皮细胞层,为了方便,我们叫它虹膜正面;虹膜背面的一层上皮细胞,主要是色素细胞。这两层结构都含有色素。

(虹膜的结构)

虹膜的颜色,和两种色素有关。

这两种色素叫做黑色素和脂色素。黑色素是黑色的,脂色素是黄色的。

我们知道可见光中,有波长较长的光和波长较短的光。波长较长的光是红色、橙色的;波长较短的光是蓝色、紫色的;波长中等的光是黄色、绿色的。黑色素可不管你长波还是短波,它会一律吸收,所以才呈现出黑色。

(皮肤中黑色素的多少决定了人的肤色)

黑色素是决定一个人肤色的主要色素。黑色素多的话,皮肤就黑。除了我们的皮肤以外,头发、血管、内耳,甚至大脑里也有黑色素。皮肤、头发和眼睛里没有黑色素的人,就是白化病人。

(白化病人的头发、皮肤和虹膜都缺乏黑色素,他们的眼睛常常是蓝色,甚至是红色的)

除了极少数的情况(比如白化病人),一般人的虹膜背面都有黑色素。但是虹膜正面黑色素的含量就因人而异了。

脂色素就更加挑人了,并不是所有人都有脂色素。

棕色和黑色的眼睛和黑色素有直接关系。

在棕色或黑色的眼睛里,虹膜背面和虹膜正面含有大量的黑色素。所以,如果这两层细胞中黑色素含量高的话,虹膜看起来就是棕黑色的。包括中国人在内的大部分东亚人的眼睛之所以是棕黑色的,就是这个原因。

琥珀色的眼睛和脂色素有关。

(琥珀色的眼睛)

如果虹膜中还含有脂色素,那么眼睛看起来就是琥珀色的。

好的,黑色素、脂色素和眼睛颜色的关系你已经明白了。那么蓝色的眼睛究竟是怎么一回事呢?

首先,蓝色眼睛的虹膜背面的黑色素含量不少,但是虹膜正面却几乎不含黑色素,所以蓝眼睛的人的虹膜的正面是透明的。

(少见的蓝眼睛考拉,原理也是瑞利散射)

当光线照射到透明的虹膜正面的时候,不会被吸收,而是会发生散射。

散射是啥?

你可以把光线看成是一些一起运动的小球。它们运动的时候会撞到一些小的物体,比如虹膜中的分子。这时候,光线就好像雨水打在凹凸不平的地面上一样,会溅得到处都是,这就是散射。

(散射示意图:蓝光容易散射)

其中,短波的光,也就是蓝光,更加容易发生这个现象。而长波的光则不太容易散射,而是一路向前冲,最终被虹膜背面的黑色素吸收。这种散射有个名字,叫做瑞利散射。

(面粉悬浮在水中,看起来是蓝色的,也是因为散射)

说到这里你应该明白了,蓝光因为被虹膜正面朝各个方向“反弹”了回来,而其他光线则被虹膜背面的黑色素吸收了,因此虹膜看起来就成了蓝色。

天空之所以是蓝色,也是因为瑞利散射。瑞利散射让短波的蓝光布满了整个天空,因此天空是蓝色的。

(瑞利散射在日落之后更加明显,天空看起来非常蓝。这张照片的拍摄时间是日落后约一小时。)

那我们是不是看不见天空中别的颜色的光线了呢?

并不是。在正对着太阳的地方,天空看起来白一些,这就是因为各色光你都能看见的缘故。

(天空中的散射)

那么灰色的眼睛呢?

(灰色的眼睛)

灰色眼睛的原理和蓝色眼睛差不多,也和散射有关。只不过,灰眼睛里有大量的胶原,这时候不仅蓝光会发生散射,其他颜色的光也会。这就好比天空中云多的时候,看起来就是灰色而不是蓝色一样。造成灰色眼睛的散射叫做米式散射。

(各种颜色的眼睛和色素以及虹膜结构之间的关系)

那么,绿眼睛是怎么一回事呢?

实际上,人体内也没有绿色色素。

(《国家地理》最著名的照片之一——巴基斯坦姑娘的绿眼睛)

有些人眼睛发绿是因为,他们虹膜背面的黑色素比蓝眼睛的人还少,而且他们的虹膜正面除了没有黑色素以外,还含有一些脂色素。蓝色的散射光加上脂色素的黄色,没错,答案就是绿色。

其实,蓝眼睛的蓝色,是一种“结构色”。

(蝴蝶的翅膀绚丽的色彩是因为翅膀表面的精细结构,而不是本身的色素的作用)

这种因为物体表面结构和光的相互作用(主要是散射、干涉或衍射)而产生的颜色叫做结构色(也叫物理色)。这和色素产生的颜色——色素色(也叫化学色)是不同的。

(一种杜若属的植物 pollia condensata的果子,是大自然中最蓝的东西,但是,它也是结构色)

蓝色、绿色的羽毛、孔雀七彩的羽毛、一些蝴蝶的翅膀、许多热带鱼的鱼鳞、章鱼、还有《少年pi的奇幻漂流》中鲯(qí)鳅(qiū)的颜色,都是结构色,而不是色素造成的。

(《少年pi的奇幻漂流》中鲯(qí)鳅(qiū)的绚烂颜色也是结构色,受神经控制,在死后消失。)

在日常生活中,肥皂泡还有cd表面的绚丽色彩,也是结构色。

那么,为什么有人的眼睛是黑色的,有人的眼睛却是蓝色或是别的颜色呢?

当然不是基因…才怪。科学家们认为,一开始所有人的眼睛都是棕黑色的。后来在1万年前出现了蓝眼睛的基因变异。人的眼睛的颜色主要由2个基因决定,而它们都长在第15号染色体上面。

地上走的脊椎动物不产生蓝色素

所以说...

你们原本的颜色到底是什么啊?

细思极恐...

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为什么猴子的脸很皱,但是人的脸却很光滑?

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参考资料:scientificamerican, newyorktimes, northernwoodlands.org, wikipedia等

图片来源:wikipedia, hk.phy, pinterest等

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