人类和多数动物为什么选择进化能看见可见光波段，而不是微波或无线电红外波段？ 第1页

2017-11-06 更新一下，我就针对某些言论言简意赅地再强调一下为什么这是个进化问题：

一句话解释——生物起源是深海中开始的，水的吸收波谱决定了我们的颜色感受的进化起点。

完全可以假象一个微波炉太阳，辐射到”地球2号“表面的射频波超级强，至少和蓝紫光一样强吧。用”可见光强度最强“之类理论的各位，这时候是不是就要认为动物们感受射频了？？

我们缕缕看，如果假设”地球2号“也有同样的生命产生进程，那么最初的生命仍然是从海洋中的原始汤里诞生的，而海平面以下，微波分分钟就被吸收掉了，最后留下的总是蓝光，那么这些最初的能感光的生命仍然只能感受蓝光。

这个星球上进化出来的各种水生和陆生动物最主流的视觉，仍然大概率会是蓝光感光蛋白衍生出来的，通过几亿年演化就能让它们产生"射频感色”？且不说理论上能不能实现，这个进化实现的可能性也低得可以忽略不计。

不管从太阳来的辐射是怎么一回事，只要生命是从深海起源的，那不好意思，色觉感受一定是围绕400-500nm这个波段展开的。

这和成像系统也毫无关系，毕竟有”成像“功能的动物只占所有动物种类的中的一小部分。

很久没有抛出这个知乎金句了：先问是不是，再问为什么

不搞清楚是不是，只能带着答案凑理由。

可分辨的视觉波段稳定在人类所谓的“可见光”范围（390nm-700nm)的物种，狭鼻小目仅此一家。

这个瞎逼小目主要包括亚非欧地区的“旧世界猴”和人猿总科。除此之外，新世界猴的一部分物种也能有一搭没一搭的看见类似的波长，有的物种雌性能看雄性不行，有的物种只有60%的雌性能看。。。

换句话说，除了人和人在进化中的一小撮亲戚，绝大多数生物的视觉范围都不是可见光波段。

例子数不胜数，最有名的，可能是鸟的四色视觉。事实上，从两栖以降的亲朋好友，包括各种两爬，鸟类，都以四色视觉为主。自古以来世界各地陆生的昆虫也是四色视觉为主。

长期进化下，适应陆生、日间活动的结果，实际上是四色视觉，而不是人类的”可见光“。

但凡走向了其他岔路的物种基本上都是正处于或者祖先处于一些阳光不充足的环境。

鸟的四个感受器可以让其识别丰富的紫外区段，从紫光到橙黄光，以及一小部分红光。人类完全看不到紫外线，但是由于有两个感受器干的几乎是一样的活，所以在红光感受上可以叠加，比鸟类稍胜一筹。

两相比较，就能看出来鸟的这个感受器进化得那叫一个不多不少，等距排列，恰到好处，人的那套感色系统就怎么看怎么像临时生拉硬凑的。事实还的确如此，鸟这套系统是从所有四条腿的动物的共同祖先那一步步进化到现在的，经历了漫长的历史考验，简直完美。

而人类和绝大多数哺乳类的共同祖先就比较捉急了，被当时一统天下的大小恐龙搞得只能夜里偷摸地出来。长久以往，由于遗传漂变、自然选择等种种进化上的原因，祖传的四个感色细胞就剩了俩，绝大多数哺乳动物今天也是两色视觉的：

所以除了人之外的哺乳动物也能感受可见光，但是能分辨的也就勉勉强强从紫色到蓝色，黄色到黄色，就结束了

而旧世界猴和人类的祖先，因为越来越多时间白天工作，机缘巧合，原来黄色的哪个感色器，变成了两个频段极其相近但又略有不同的感色器（对应的蛋白质只有三个氨基酸的差异），通过种种选择压力，这一系列突变传到了千家万户（有的说是因为能看清楚绿叶子，有的说是能看清楚水果，有的说是能更好地照顾小孩），我们今天才获得了从紫到红整个可见波段的分辨能力。

陆生动物中，大多数昆虫也有和鸟一样的四色视觉——占据白天的陆空生态位的两大类生物有相似的颜色视觉，可以说是选择压力下趋同进化的一种表现。

不过少数昆虫例外，比如蜜蜂就是个三色视觉的例子，不过蜜蜂的”可见光“的区段，其实和鸟差不多，只不过在蓝色到橙黄色波段的感色器兼并成了一个，省了些材料，损失了一些分辨率和红光感受能力。

在鸟和昆虫中都还有一些奇葩，多达五个感色器，如蝴蝶和鸽子，不过到底整这么多感受器有没有卵用现在还没有个定论。

而在没上岸（绝大多数的鱼）或者又重新下海的生物中，绝大多数，只有单一色觉，完全色盲，比如海豹：

还有一小撮捕食大师，能够通过感受红外光，识别猎物。然而总的来讲还是很稀少的。比如：

最后回到为什么的话题上。看了这么多样的色觉识别，你就应该明白了，仅凭讨论太阳光的各个波长的能量，可见光的性质，只能强行解释，其实根本说不清楚。

一个物种能感受什么样的光谱，本质上还是个进化问题：

1. 环境是什么样的
2. 祖先给了什么样的材料
3. 适应环境有多困难

先说环境。

”可见光能量最高“这个理由完全站不住脚——凭什么就划出一段范围说这个能量最高呢，整体红移50nm难道不是更高？？？。。。。

更何况动物也没必要晴朗白天出门，夜里不行，还可以雾霾天出门啊。

就算晴朗白天，在物种多样性极大丰富的热带雨林中，蓝紫光在层层植被的吸收下也早就完蛋了，很难到达地表。

而深海中则是除了蓝光什么也不剩：

环境的复杂和多样性是动物色觉多样性的成因之一。

了解物种现在所处的环境，进化历程中所处的环境，对于理解现有的感色能力，是非常必要的。

几乎所有的动物都能感受蓝光，也是因为大家归根结底都是从水里来的，我们所有感色器的蛋白的共同祖先最初都是在蓝光下演变优化的。因此自然界中的蓝光受体特别多种多样。

再说祖先给了什么材料：

@野合菌 谈到有机电化学反应能够转化的频段在200-800nm之间。的确，这是动物能感光的一个物理限制。但是这个理由并不充分，从200-800nm一共600nm的区间，还是比动物色觉的覆盖范围宽了>50%之多，即使是四色视觉能覆盖的频段。所以还是得谈谈具体的材料。

其实在整个生物界是存在很多对远红光和更远的紫外线进行感受的蛋白质的，但是所有动物的祖先没继承这些基因。

动物只有隐花色素CRY和视蛋白Opsin两大类感光蛋白（这两个初始状态应该都是蓝光受体），我在生物进化中是如何发现声波和光波可以传播信息的？哪一种利用得更早？中介绍到过。动物想获得颜色感觉，只能通过改动这两个蛋白；要么就重造新的感光蛋白，那就太难了。

大多数动物通过突变视蛋白获得了不同波长的感应能力，包括人在内的很多动物使用CRY感受蓝光调节昼夜节律。

不过蛋白质也是有底线的，不是想让它做啥就做啥。蛋白质原始的序列决定了在有限的进化步数内可以实现的功能。不信让它感受一个微波试试看。。。

因为这两个蛋白自身的局限，动物能感知的颜色，只可能是近紫外到远红光这个区间。

最后一个问题就是获得新的感色能力有多困难，值不值得。

人类和旧世界猴的共同祖先花了数十万年（大概是这个数量级），才好不容易重建了三色视觉，直到今天，也没有重建四色视觉。而四足类的共同祖先进化到今天，大多数后代物种也没有建立红外感色的能力。

对于人类来讲，紫外感受显然是理论上可以实现的，毕竟更早的祖先也是曾经拥有的。而生物工程和定向进化也证明了红外感受也是能够从视蛋白产生的。但是为什么在自然条件下鲜有见到呢？

究其根本，还是因为生物进化这个事啊，全都是凑活凑活能用就完了，费那么大劲干啥。。。

而对于其他一些类群，比如植物，有光敏素，搞一个红光和远红光区间的受体，简直就是分分钟的事情，那人家的感色能力就和动物完全不一样了，整体都是红蓝cp色调的。