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变色不是染色:色素细胞搬家,虹细胞调晶格间距

正午的树枝上,一只蜥蜴从灰褐转成浅绿,只用了几分钟;水族箱里的乌贼在同一秒内从透明变成满身斑纹。两件事看起来一样,底下的结构并不相同。

变色不是染色,是色素颗粒在细胞内搬家

皮肤里有分支状的色素细胞,细胞内装满黑色素颗粒,颗粒直径不足1微米。颗粒聚到细胞中央,皮肤就浅;颗粒沿分支散开,皮肤就深。整个过程是颗粒在动,细胞数目不变。

色素细胞受激素与神经双重控制,反应速度从2秒到2分钟不等。这种变化可逆,也不留痕迹,与蜕皮换色、季节性换毛不是一回事。温度升高时颗粒散开,体色变深,这是另一条通路。

变色龙多了一层虹细胞,靠晶格间距调波长

变色龙皮肤浅层有虹细胞,细胞内排列着鸟嘌呤晶体,间距在100纳米上下。间距变大,反射光向长波移,皮肤偏黄;间距变小,反射光偏蓝,绿色是两者之间的结果,间距由细胞内的水分调节。

下面还有黄色素细胞与黑色素细胞,两层叠在一起,把虹细胞反射的窄带光调成绿、蓝绿或灰。体色变化主要出现在求偶、争斗与升温时,不只是伪装,两层滤色片决定最终颜色。

头足类的色素细胞由肌肉牵拉,一秒之内完成

乌贼与章鱼的色素细胞是一个个囊,直径0.1–1毫米,四周连着放射状肌肉。肌肉收缩,囊被拉成薄片,颜色铺开;肌肉放松,囊缩成小点,颜色退去,单个细胞像一个开关。

控制是神经性的,直接由脑发出指令,所以变化快,0.5秒内就能切换,还能做出流动的波纹。皮肤里另有虹细胞与白细胞,负责蓝绿与白色的反光,三层配合才出现金属般的闪光。

姿态也是信号,改变的是轮廓而不是颜色

招潮蟹的雄蟹有一只螯特别大,长度可达体长的50%,举起再放下,反复挥动。螯的重量让对方难以忽视,挥动的节奏在同种之间还有差别,举得越高,轮廓越大,信号越强。

蜥蜴的喉扇是一张能撑开的皮膜,撑开时面积成倍增加,颜色多是橙黄或紫。孔雀蛛把腹部向上翻开,露出对称的色块,同时抬起第三对足,足上的白毛簇与色块连成一片。

关键数据

下列数值取自常见类群,用于对照结构与时间尺度,不能据以定种,温度与生理状态造成的差异同样明显。

  • 变色龙虹细胞内的晶体间距约100纳米。
  • 色素细胞直径0.1–1毫米。
  • 变色龙的体色改变耗时几秒至几分钟。
  • 头足类的体色变化可在0.5秒内完成。
  • 招潮蟹雄螯长度可达体长的50%。
  • 黑色素颗粒直径不足1微米。

边界

体色受光温影响,同一只个体在树荫与直射光下判若两色,照片还有白平衡问题,不能据颜色定种。标本褪色后只剩底色,颜色比活着时浅得多,色素细胞早已塌陷。

姿态信号的判读要看情境:同一只雄蟹的挥螯,对雌蟹是求偶,对雄蟹是威吓。单独一段录像分不出对象,只能看出动作的强度与持续,以及它正对着谁。

参考文献

  • 刘凌云, 郑光美 主编.《普通动物学》(第 4 版). 高等教育出版社, 2009. —— 色素细胞与体色变化。
  • Bradbury J W, Vehrencamp S L. Principles of Animal Communication. 2nd ed. Sinauer, 2011.
  • 杨安峰 编著.《脊椎动物学》(第 2 版). 北京大学出版社, 1992. —— 爬行类与头足类的皮肤结构。
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