提問：藍(lán)莓到底是什么顏色？真相沒幾個(gè)人知道！

顏色，是植物的一種語言。

通過顏色，我們可以看到不同植物在自然界中的適應(yīng)與競爭，一只通紅的蘋果，一支正在盛開的粉色花朵以及結(jié)滿黃色果實(shí)的柚子樹，這些代表性的顏色都在潛移默化中傳遞著植物生存的智慧。

圖源davidspeer

但是，縱觀整個(gè)自然界，藍(lán)色的植物（包括花朵、果實(shí)）卻并不常見，藍(lán)莓或許是你能最先想到的藍(lán)色植物（果實(shí)）。然而，違反常理的是，如果將藍(lán)莓榨成汁，呈現(xiàn)出來的顏色卻是深紅紫色并非靛藍(lán)色。

低寒品種的藍(lán)莓 圖源diggers

藍(lán)莓的藍(lán)色究竟從何而來？

自然界中的藍(lán)色為何這么稀少？

顏色的由來

17世紀(jì)中葉，科學(xué)家艾克薩·牛頓做了一個(gè)著名實(shí)驗(yàn)：光的色散。他讓一束白光穿過三棱鏡，結(jié)果白光被分離成了從紅色到紫色的可見光譜，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因則是由于白光在棱鏡中發(fā)生了折射，而每種顏色的光其實(shí)都有著不同的頻率，因此在穿過棱鏡時(shí)速度也不同，導(dǎo)致顏色會(huì)以不同的角度彎曲，分離成可見的光譜。

一束白光穿過棱鏡，呈現(xiàn)出色譜 圖源BBCbitesize

這個(gè)實(shí)驗(yàn)表明，白光其實(shí)是由多種顏色混合而成，當(dāng)不同頻率的光（如太陽光）照射到我們的眼睛時(shí)，我們的大腦就會(huì)自動(dòng)將不同的顏色組合為白色。

但是，如果白光打在其他地方，情況就發(fā)生了變化。例如路邊上常見的藍(lán)色交通指示牌，在太陽光照射在表面上時(shí)，大多數(shù)顏色都會(huì)被吸收，而藍(lán)光會(huì)被反射，因此，從交通指示牌上照射到我們眼睛上的光主要是藍(lán)光，標(biāo)志在我們眼中看上去也是藍(lán)色的。

同樣的原理也適用于我們?nèi)粘Ｉ钪锌吹降拇蠖鄶?shù)事物，藍(lán)莓呈現(xiàn)藍(lán)色是因?yàn)榉瓷淞怂{(lán)光，樹葉在綠的時(shí)候是因?yàn)榉瓷淞司G光并吸收了其他顏色。

簡單來說，我們眼中看到的這個(gè)多彩世界是因?yàn)榘坠庹丈湓谖矬w上，某些顏色被反射，其余顏色被吸收。

蘋果的紅色反射到我們的眼中 圖源dentalcare

了解了顏色的由來，接下來我們要更進(jìn)一步——是什么決定了哪些顏色會(huì)被反射呢？

藍(lán)莓的藍(lán)是什么藍(lán)？

眾所周知，植物體內(nèi)都含有生物色素，這些色素中的分子以不同的方式與不同顏色的光相互作用，就能選擇性吸收某些顏色的光并反射其他顏色的光，這也是顏色的第一種產(chǎn)生方式。

葉綠素就是一個(gè)典型例子，許多需要進(jìn)行光合作用的植物都有葉綠素，在太陽光照射過來時(shí)，其中的紅光、藍(lán)光、黃光等顏色的光幾乎都會(huì)被吸收，唯獨(dú)綠光不會(huì)，相反，綠光會(huì)被反射，讓植物看起來是綠色的。

樹葉反射綠光 圖源vedantu

按照這個(gè)思路，許多人也認(rèn)為藍(lán)莓呈現(xiàn)藍(lán)色也是由于藍(lán)莓中含有花青素。但最新的研究明確表明，藍(lán)莓顏色的產(chǎn)生并不是由其中的色素決定的，因?yàn)樗{(lán)莓中雖然含有高濃度的花青素，不過其散射曲線一般為深紅色，與果皮上的靛藍(lán)色完全不同，而在剝開藍(lán)莓的果皮后可以看到深紅色的果肉。

那么，藍(lán)莓如何產(chǎn)生藍(lán)色呢？

答案來自顏色的第二種產(chǎn)生方式：結(jié)構(gòu)色。這種形式的顏色不太常見，但卻能產(chǎn)生自然界中極其鮮艷的顏色。與第一種顏色產(chǎn)生的方式不同，非吸收分子的納米結(jié)構(gòu)可以通過波干涉與光的相互作用，反射出明亮的、高飽和度的顏色。

自然界中結(jié)構(gòu)色的例子 圖源biomimiicry

那么藍(lán)莓的結(jié)構(gòu)色從哪兒來的呢？不知道大家有沒有注意過，藍(lán)莓表面總是覆蓋著一層白白的、像霜一樣的物質(zhì)，這其實(shí)是它們的保護(hù)蠟，很多植物都有。這種植物保護(hù)蠟具有自我排序和自我修復(fù)能力，決定了植物的大部分特性，比如疏水性、自清潔以及對(duì)昆蟲和微生物病原體的抵抗力。

藍(lán)莓表面的保護(hù)蠟 圖源plantura

顯然，植物保護(hù)蠟與纖維素等生物材料一樣，是研究的熱門，但令人驚訝的是，對(duì)于保護(hù)蠟的研究主要集中在它們表面的疏水性，而對(duì)保護(hù)蠟的光學(xué)特性研究甚少。

來自英國布里斯托爾大學(xué)的研究員羅克斯·米德爾頓關(guān)注到了這個(gè)領(lǐng)域，他對(duì)藍(lán)莓藍(lán)色來源很感興趣，于是取下了藍(lán)莓表面蠟質(zhì)的樣本，并將其重新結(jié)晶，結(jié)果復(fù)現(xiàn)了藍(lán)莓表面的靛藍(lán)色。

通過掃描電子顯微鏡觀察發(fā)現(xiàn)，藍(lán)莓表面蠟質(zhì)涂層中晶體結(jié)構(gòu)隨機(jī)分布，這些晶體結(jié)構(gòu)會(huì)散射藍(lán)色和紫外線，從而使藍(lán)莓呈現(xiàn)出了獨(dú)特的靛藍(lán)色外觀。

體外重結(jié)晶再現(xiàn)結(jié)構(gòu)色保護(hù)蠟 圖源研究論文附圖

藍(lán)色為何罕見？

在自然界，藍(lán)色很少出現(xiàn)在生物體上。少數(shù)帶有藍(lán)色的物種如風(fēng)鈴草、蝴蝶和熱帶青蛙，基本上也是依靠結(jié)構(gòu)色來產(chǎn)生這種顏色，其目的主要是防御捕食者。即使是藍(lán)色的巖石和礦物，如藍(lán)寶石和青金石，自然界中也極為稀少。

藍(lán)銅礦 圖源sergebriez

這背后的原因在于：天然藍(lán)色色素在動(dòng)植物中幾乎不存在。并且相較于紅色光等波長較長、能量較低的光來說，反射藍(lán)光需要一種能夠吸收少量能量的低能光子，以此來吸收光譜中的紅色部分，植物很難生成這種大而復(fù)雜的分子。因此結(jié)構(gòu)色就提供了一條成本較低的“變藍(lán)”途徑。

鳥類的鮮艷藍(lán)色羽毛 圖源wrearodsawang

盡管藍(lán)色在自然界中很罕見，但人類通過模仿顏色的兩種產(chǎn)生方式，已經(jīng)創(chuàng)造出了豐富多彩的藍(lán)色。無論是利用化學(xué)方法調(diào)制顏料，還是利用光線和結(jié)構(gòu)的巧妙反射，已經(jīng)讓藍(lán)色從稀有變?yōu)榱松钪谐Ｒ姷狞c(diǎn)綴。

參考資料

Self-assembled, disordered structural color from fruit wax bloom

https://doi.org/10.1126/sciadv.adk4219

Bio-inspired Materials: Structural Color in Nature

https://www.sbnature.org/publications/blog/2/posts/66/bio-inspired-materials-structural-color-in-nature

Why is the color blue so rare in nature?

https://www.livescience.com/why-blue-rare-in-nature.html

作者：魚魚

責(zé)編：董小嫻

審核：劉鯤 李培元