关于这个问题的答案,其实早在上上世纪就已经有人在思考了。因为确实有不少的动物,从天空上飞的鸟,陆地上跑的兽类,到水里游的鱼,几乎都有着这么一个 规律 —— 背部总是颜色深一些,而腹部总是颜色浅一点 。
就像我们去画一个动物(或以动物为原型的卡通形象),想象中也 总是会给肚子部分留白 ,似乎这是一个约定俗成的传统。但,这是为什么呢?
一般常规的解释,像是我们可以很容易理解的,不管是天上飞的、地上跑的、水里游的,大多数的它们都是 背部朝上面对阳光 ,同时 腹部朝下背对阳光 。
因此 背部色素的沉积 ,一方面可以较大增加阳光热量的吸收,更好地 实现温度调节 [1] ;另一方面也可以反射紫外线的辐射, 实现紫外线防护 [2] 。
但今天主要想跟大家介绍的是 另外一种假说——反影伪装(Countershading) 。
早在1896年,美国著名的肖像画家 Abbott Handerson Thayer 就提出了:
Animals are painted by nature, darkest on those parts that tend to be the most lighted by the sky's light, and vice versa.(动物都由大自然而上色,那些颜色最暗的地方往往都是被阳光照得最亮的地方,反之亦然。)因此这种反阴影的伪装也被称为 Thayer定律(Thayer's Law) 。怎么理解「反阴影」呢?
如上图所示,对于一个全身均匀白色的圆柱体。正常情况下 光线从上面投射下来 ,那自然会使物体的上方呈现出较亮的白色,而物体的 下方出现较暗的阴影 。物体出现了 色差 ,呈现出了三维的立体效果,因此能够一眼被辨认出的概率很大。
但如果当这个圆柱体的 着色 反其道而行之,我们人为地 往圆柱体的上部着色深一些 。随后,当 与光线作用两者结合起来 ,视觉效果上的颜色很明显地 均一化和平面化 了,如果再配合上单一的背景,就很难会被发现了。
这便是「反阴影伪装」最通俗的理解。
事实上,这种伪装 对于捕食者 或者 被捕食的动物 而言都至关重要:前者需要隐藏自己以悄悄接近猎物,后者需要把自己藏起来不被天敌找到。
但,真的这么有效吗?我们来看看实际效果。
图片中有三只行走在岩石堆中的高地山羊,此时的阳光照向地面,而山羊 腹部的白色 ,或多或少地 「中和」了原本应存在腹部的阴影 ,使得其颜色得以「均一化」,不太容易被发现。
当然,这是对于绝大多数只能从侧面观察的陆地动物而言的。 但即使对于还存在从上方和下方被发现的鸟儿和鱼儿 (包括会游泳或在海洋中生活的企鹅、海豚、鲸鱼等非鱼类生物)来说,效果也是类似的。
如果从下往上看↑, 浅色的腹部与天空「更配」 ;而从上往下看↓, 深色的背部与地面/海底「更搭」 。
甚至在 比较深的海中 ,因为 缺乏光线 ,此时自身是什么颜色意义已经不大了,因此有些会 生物发光 的动物就会给自己 「补光」 ,来 增加自身亮度以匹配背景 。
正如上图的 Watasenia scintillans 荧光乌贼,当捕食者从下方观测时,它自身 背阳面 的 发光 将有助于把自己的亮度调节到 与上方水面相匹配 ,减少被捕食者发现的概率。
还有一点要说明的是,「背部深、腹部浅」的这个反影伪装定律 并不是100%在所有动物中应用的 , 背、腹均色的动物其实也不少 ,像是我们熟悉的 北极熊 、 大熊猫 等等(但这也与它们生活的环境有关,环境单一的冰原、密密麻麻的竹林等)。
除此之外,甚至还存在一些动物是 「反 反影伪装」 的,也就是反过来, 背部颜色更亮更浅,而腹部更暗 ,而这种「反 反影伪装」又分 两种情况 。
对于 臭鼬 和 蜜獾 而言,如下图,这种着色其实在自然光线的照射下自然 对比度更大 ,但这就形成了一种显眼的 「警告色」 ——不要惹我,我会释放 臭味攻击 。
而 另一种情况 而言,可能对于这种「反 反影伪装」动物, 以腹部朝上才是常见姿态 。比如说下图的 Aglia tau 毛虫 ,确实 背部颜色更亮 ,也很容易被发现。
但事实上 它更常见的姿态是下图这样的,整个儿是倒过来的 [3] 。因此虽然看起来是「反 反影伪装」,但 本质上还是「反影伪装」 。
最后,还有一点是,「反影伪装」其实不仅出现在现存的生物中,哪怕是 上亿年前已灭绝的恐龙 ,它们同样也存在着这种「背暗腹浅」的颜色纹路 [4] 。
这是出土在我国辽宁热河地区的 中华龙鸟( Sinosauropteryx )化石 ,通过对化石上残存的 原始色素 进行分析,可以重构出恐龙可能存在的原始颜色,并且可以发现,它们也是 具有很明显的反影伪装 。
当然我们知道,动物的反影伪装与它所生存的周围环境是有很大关联的,因此,对恐龙色彩的研究,也可以帮助我们 更好地还原当时的地球环境 。
感兴趣的同学还可以看看下面的视频 [4] 。
中华龙鸟的反影伪装体色 https://www.zhihu.com/video/1156079586038235136欢迎关注
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参考
- ^ Walsberg G E. Coat color and solar heat gain in animals[J]. BioScience, 1983, 33(2): 88-91.
- ^ Braude S, Ciszek D, Berg N E, et al. The ontogeny and distribution of countershading in colonies of the naked mole-rat (Heterocephalus glaber)[J]. Journal of Zoology, 2001, 253(3): 351-357.
- ^ Penacchio O, Cuthill I C, Lovell P G, et al. Orientation to the sun by animals and its interaction with crypsis[J]. Functional ecology, 2015, 29(9): 1165-1177. https://besjournals.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1111/1365-2435.12481#fec12481-bib-0016
- ^ a b Smithwick F M, Nicholls R, Cuthill I C, et al. Countershading and stripes in the theropod dinosaur sinosauropteryx reveal heterogeneous habitats in the early cretaceous Jehol Biota[J]. Current Biology, 2017, 27(21): 3337-3343. e2. https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982217311971