【專題企畫】

奧妙色彩學問大

一道殘陽鋪水中，半江瑟瑟半江紅。
可憐九月初三夜，露似真珠月似弓。
　　　　　　　－唐‧白居易〈暮江吟〉

動物透過眼睛來觀看大自然的千姿百態，而能欣賞爭奇鬥豔的萬般風情。於是在藝術家的眼中，各種物體的色彩更進一步幻化成詩人吟詠的文句、畫家揮灑的筆墨，為這世界平添無數的浪漫情懷。

白居易在這首詩中，生動地描繪出江面上夕陽斜照之景象，那碧綠的水色盪漾在波光粼粼的豔紅中，顯得絢麗、璀璨。在農曆九月初三的黃昏，江畔草地上的露珠，就彷彿珍珠般晶瑩剔透，而初升的新月，又恰似一張精巧的彎弓，這一切竟是如此惹人憐愛，難以忘懷。

大自然的景物，在日、月光影的變化中，向詩人展現了各種鮮明的色彩。如今雖歷經了將近一千兩百年的歲月更迭，我們仍能透過詩人的描摹，陶醉於那個秋天傍晚的暮色裡，心神為之嚮往不已。

若是人類沒有了視覺，可想而知我們的生活將是如何平淡無趣？不過視覺並非生命肇始之初就具備的能力，眼睛是歷經億萬年漫長演化後才發展出的特殊器官，尤其人類可以辨識大千世界的形形色色，這真是大自然所賜予的最神奇禮物呢！

電磁波創造出色彩

在宇宙中，凡是溫度高於「絕對零度」（攝氏零下二百七十三點一六度）的物體都會釋放能量，這些能量以「波」的形式向外發射，在真空中以光速傳播，此即電磁波。電磁波隨著本身波長與頻率的差異，而呈現出不同的特質，在特定波長及頻率範圍內的電磁波可以被動物眼睛所察覺，於是能被看見的電磁波，便化身成奼紫嫣紅的各種色彩，造就了這個綺麗世界。

不同動物所能感知的電磁波範圍不盡相同。以人類的眼睛來說，通常可以看到波長約在七百八十奈米至三百八十奈米之間、頻率約在三百八十兆赫至七百九十兆赫之間的電磁波，即是彩虹中的紅光到紫光，這也是物理學上所定義的「可見光」。而波長、頻率在此範圍之外的電磁波，如：無線電波、微波、紅外線、紫外線、Ｘ光、伽瑪射線等，人眼則無法感知。

現代人對於可見光的相關知識，不得不歸功於英國科學家艾薩克‧牛頓（Isaac Newton）。西元一六六六年，牛頓用三稜鏡觀察陽光，發現一束陽光若以特定角度射入三稜鏡，部分會反射，另一部分則穿透玻璃，並呈現出不同的色帶。在歷經不斷的試驗與研究後，他於一六七一年提出了「光譜」的概念，將光分成七種顏色，即紅、橙、黃、綠、藍、靛、紫，並依照古希臘哲學家的想法，將這七種顏色與音符、太陽系行星、一週天數相連結。

牛頓在進一步研究中，發現三稜鏡可以將白光發散為彩色光譜，若再用透鏡和第二個三稜鏡又可將彩色光譜重組為白光。同時他還分離出單色的光束，並將其照射到不同物體上，發現色光不會改變原本的特質。於是牛頓得出結論，不管是反射、散射或發射，色光都會保持同樣的顏色，因此人眼所看到的顏色是物體與特定有色光相合的結果，而不是物體自身所產生的顏色。

雖然後世對於光與色彩的研究，比起牛頓有了更為深入的瞭解，但他所奠定的基礎確實功不可沒。如今已知在人類可見光之外，還有其他動物能見到的電磁波；而光譜本身也是連續性的，每一種所謂的色光，它的波長和頻率只有區間，而無絕對的數值。因此不同種的動物，乃至不同的人，對於光的敏感度和辨識度都不一樣。舉例來說，某些人就很難區隔藍、靛、紫三色。這似乎可以說明，為何每個人對於花花世界的樣貌，各有不同感受的原因了。

能看見花花世界是幸運的
 

宇宙中有電磁波，因而造就出各種色彩，但還需要一雙明慧的眼睛，才可以接收這特別的訊息。如前文所述，不同動物的眼睛能接收的電磁波範圍不盡相同，所以人類看到的彩色世界，未必就是其他動物眼中的樣貌，像蜜蜂就可以看見人類看不到的紫外線，牠們眼中的大自然應該更多彩多姿一些。

眼睛是生物演化過程中相當特殊的發展，為了偵測周遭環境的明暗、配合晝夜的節律，其實單細胞生物就有感光色素集合組成的「眼斑」，而某些看似無眼的多細胞動物，如蚯蚓也有「光感受器」，或是像渦蟲的「眼點」，這些構造可說是眼睛的先河。

真正的眼睛，也就是具備水晶體結構的視覺器官，大約早在五億多年前的寒武紀就演化出來了，這些最初的眼睛就是如今蝦、蟹、昆蟲等多數節肢動物所擁有的「複眼」。

所謂的「複眼」，是由許多小眼結合而成的視覺器官，每一個複眼中的小眼數目從數個到數萬個都有可能；每一個小眼都是一個感光組織，由角膜、晶狀體和感光細胞組成。複眼可以讓動物擁有廣闊的視野，同時能計算出自身與所觀察物體的方位、距離，以利於更快速地判斷和反應；甚至某些昆蟲還能看到日光燈忽明忽暗的變換頻率，但人眼看起來卻像是一直亮著。

若以辨識電磁波的能力來說，某些節肢動物的複眼更勝人眼一籌。除了蜜蜂以外，蝦蛄（俗稱「皮皮蝦」）的視覺系統可說是動物界之冠，牠們能看到從紅外線到紫外線範圍內的所有電磁波，這是大自然中最複雜的彩色視覺，真正達到「萬紫千紅」的境界了。

不過，凡事無絕對，複眼雖然有視野佳、辨色力高等優勢，但就物體成像來說，其視覺有如看馬賽克拼貼，解析度是很模糊的。因此某些動物的眼睛便朝向另一個方向演化，這就是「單眼」。

所謂「單眼」是相對「複眼」而言，其實仍是一雙眼睛，只是每一隻眼睛僅有一個晶狀體，不會再由一個個小眼組合而成。脊椎動物和烏賊、章魚等頭足動物都是單眼的視覺系統，對於所觀察的物體具有良好成像功能。

然而，某些單眼視覺動物所看到的世界或許比複眼動物遜「色」不少，這是演化所造成的結果。首先，要瞭解眼睛的辨色、感光功能是來自於視網膜上之「視錐細胞」和「視桿細胞」，視錐細胞會辨色並感受強光，而視桿細胞可以感受微光，主要用於夜視。

在脊椎動物演化之始，原本具有四色視覺，其視錐細胞可以感受到四種不同區段的電磁波，大約就是黃綠色、綠色、紫色和紫外線，例如魚類、爬行類和鳥類均是。但哺乳類祖先在中生代的恐龍稱霸時，只能晝伏夜出，由於夜間光線微弱，需要的是夜視能力，而非辨色能力，於是一部分視錐細胞便退化，不只看不到紫外線，連紅色也無法辨識，因此像牛和馬就是典型的「二色視覺」動物。

身為哺乳類一支的靈長目，在演化之初也是「二色視覺」的色盲，不過其中某些物種為了採集水果，而必須分別得出果實是否成熟，於是重新「活化」了能辨識綠色至紅色的視錐細胞，得以成為「三色視覺」的動物，而人類就是牠們的後代。

歷經峰迴路轉的演化過程，人類有幸能看見這個世界的大致色彩，雖然我們難以想像紫外線、紅外線的「姿色」究竟如何，但人眼能辨識出約一百五十種顏色，若再加上明暗、彩度等變化，如此絢麗的景色已經夠讓人目眩神迷了。

植物帶來四季奏鳴曲
 

動物透過眼睛來察覺色彩，而植物雖然沒有感官來「看」身處的環境，但大千世界的形形色色卻有很大一部分是植物所造就的，若無紅花綠葉，恐怕動物也不必演化出四色、三色……視覺，或許只要察覺明暗變化即可。

如今地球上的植物葉子均為綠色，惟到了秋冬才會變成黃色或紅色，為何如此？又為何不是其他顏色呢？其實說穿了，這一切都與光有關，也就是光合作用。

植物透過光合作用將二氧化碳和水轉化為儲存能量的有機物（即醣類），同時釋放出氧氣，其中的關鍵便是葉綠素。葉綠素是植物體中存在最多的色素，可以吸收日光中的紫光、藍光及紅光，但不太吸收綠光，並且會反射綠光，於是植物呈現出一片綠意。當秋天來臨，日照時間縮短、空氣中的溼度減少，光合作用減緩，葉綠素因此遭到破壞，逐漸消失，而植物體中其他的色素，像葉黃素、花青素、胡蘿蔔素、茄紅素等卻增多，植物的葉子便會變黃或變紅，為大地帶來繽紛的色彩。

其實，植物除了葉子的顏色會轉換，它們隨著四季不同而綻放的花朵、結成的果實，也有千姿百態的顏色變化，這是大自然中最具節奏感的生命律動。當我們在欣賞陽光下萬千事物共同演出的色彩饗宴時，真的要感謝上蒼所賜予的視力，並應好好珍愛它！