图源david speer
低寒品种的蓝莓 图源diggers
蓝莓的蓝色究竟从何而来？
自然界中的蓝色为何这么稀少？
17世纪中叶，科学家艾克萨·牛顿做了一个著名实验：光的色散。他让一束白光穿过三棱镜，结果白光被分离成了从红色到紫色的可见光谱，出现这种现象的原因则是由于白光在棱镜中发生了折射，而每种颜色的光其实都有着不同的频率，因此在穿过棱镜时速度也不同，导致颜色会以不同的角度弯曲，分离成可见的光谱。
一束白光穿过棱镜，呈现出色谱 图源BBC bitesize
这个实验表明，白光其实是由多种颜色混合而成，当不同频率的光（如太阳光）照射到我们的眼睛时，我们的大脑就会自动将不同的颜色组合为白色。
但是，如果白光打在其他地方，情况就发生了变化。例如路边上常见的蓝色交通指示牌，在太阳光照射在表面上时，大多数颜色都会被吸收，而蓝光会被反射，因此，从交通指示牌上照射到我们眼睛上的光主要是蓝光，标志在我们眼中看上去也是蓝色的。
交通指示牌 图源网络
同样的原理也适用于我们日常生活中看到的大多数事物，蓝莓呈现蓝色是因为反射了蓝光，树叶在绿的时候是因为反射了绿光并吸收了其他颜色。
简单来说，我们眼中看到的这个多彩世界是因为白光照射在物体上，某些颜色被反射，其余颜色被吸收。
苹果的红色反射到我们的眼中 图源dentalcare
了解了颜色的由来，接下来我们要更进一步——是什么决定了哪些颜色会被反射呢？
众所周知，植物体内都含有生物色素，这些色素中的分子以不同的方式与不同颜色的光相互作用，就能选择性吸收某些颜色的光并反射其他颜色的光，这也是颜色的第一种产生方式。
叶绿素就是一个典型例子，许多需要进行光合作用的植物都有叶绿素，在太阳光照射过来时，其中的红光、蓝光、黄光等颜色的光几乎都会被吸收，唯独绿光不会，相反，绿光会被反射，让植物看起来是绿色的。
树叶反射绿光 图源vedantu
按照这个思路，许多人也认为蓝莓呈现蓝色也是由于蓝莓中含有花青素。但最新的研究明确表明，蓝莓颜色的产生并不是由其中的色素决定的，因为蓝莓中虽然含有高浓度的花青素，不过其散射曲线一般为深红色，与果皮上的靛蓝色完全不同，而在剥开蓝莓的果皮后可以看到深红色的果肉。
蓝莓表皮撕开后，果肉是红色的
那么，蓝莓如何产生蓝色呢？
答案来自颜色的第二种产生方式：结构色。这种形式的颜色不太常见，但却能产生自然界中极其鲜艳的颜色。与第一种颜色产生的方式不同，非吸收分子的纳米结构可以通过波干涉与光的相互作用，反射出明亮的、高饱和度的颜色。
自然界中结构色的例子 图源biomimiicry
那么蓝莓的结构色从哪儿来的呢？不知道大家有没有注意过，蓝莓表面总是覆盖着一层白白的、像霜一样的物质，这其实是它们的保护蜡，很多植物都有。这种植物保护蜡具有自我排序和自我修复能力，决定了植物的大部分特性，比如疏水性、自清洁以及对昆虫和微生物病原体的抵抗力。
蓝莓表面的保护蜡 图源plantura
显然，植物保护蜡与纤维素等生物材料一样，是研究的热门，但令人惊讶的是，对于保护蜡的研究主要集中在它们表面的疏水性，而对保护蜡的光学特性研究甚少。
来自英国布里斯托尔大学的研究员罗克斯·米德尔顿关注到了这个领域，他对蓝莓蓝色来源很感兴趣，于是取下了蓝莓表面蜡质的样本，并将其重新结晶，结果复现了蓝莓表面的靛蓝色。
通过扫描电子显微镜观察发现，蓝莓表面蜡质涂层中晶体结构随机分布，这些晶体结构会散射蓝色和紫外线，从而使蓝莓呈现出了独特的靛蓝色外观。
体外重结晶再现结构色保护蜡 图源研究论文附图
在自然界，蓝色很少出现在生物体上。少数带有蓝色的物种如风铃草、蝴蝶和热带青蛙，基本上也是依靠结构色来产生这种颜色，其目的主要是防御捕食者。即使是蓝色的岩石和矿物，如蓝宝石和青金石，自然界中也极为稀少。
蓝铜矿 图源serge briez
这背后的原因在于：天然蓝色色素在动植物中几乎不存在。并且相较于红色光等波长较长、能量较低的光来说，反射蓝光需要一种能够吸收少量能量的低能光子，以此来吸收光谱中的红色部分，植物很难生成这种大而复杂的分子。因此结构色就提供了一条成本较低的“变蓝”途径。
鸟类的鲜艳蓝色羽毛 图源wrea rodsawang
尽管蓝色在自然界中很罕见，但人类通过模仿颜色的两种产生方式，已经创造出了丰富多彩的蓝色。无论是利用化学方法调制颜料，还是利用光线和结构的巧妙反射，已经让蓝色从稀有变为了生活中常见的点缀。
参考资料
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
来源：蝌蚪五线谱
编辑：网络科普部 梨啊梨
审核：网络科普部 艺雯
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