[生物趣谈]花朵颜色的奥秘

（选自《大自然》1989年第四期，作者张承志。作者单位：北京自然博物馆）

人们赏花可以得到美的享受，但最引人入胜的，莫过于花朵颜色的千变万化了。对于花朵颜色的奥秘，不少学者都做过探索。日本学者安田齐的《花色之谜》一书，较为全面地反映了关于花色的生理、生化研究的新水平。现将有关花朵及花色的知识作一些综合性的介绍。

“显眼”的花和“不显眼”的花

有些植物没有花，借助孢子来进行繁殖，这种植物叫做隐花植物，如藻类、地衣、苔藓类、蕨类植物等。有些植物有花，以花作为生殖器官来进行繁殖，这种植物叫做显花植物，如高等植物中的裸子植物和被子植物。一般来说，裸子植物的花不显眼，如松、杉、柏等；被子植物的花有的不显眼，如枫、黄杨等，有的则是显眼的，如樱花、山茶花、郁金香等。

在大自然的巧妙安排下，风、水、昆虫、鸟类都担负着传粉的作用。风媒花和水媒花的花瓣很小，不显眼，呈绿色，在绿叶丛中不容易被发现。虫媒花和鸟媒花的花瓣很大，呈现出除绿色以外的各种颜色，并散发出浓郁的香气，用来招引昆虫和鸟类。

从植物进化的方面来看，古生代地球上出现的植物都没有显眼的花。到新生代才出现显眼的虫媒花。但新生代出现的禾本科植物，花呈不显眼的穗状物，且多为风媒花。这可能是由于这类植物适应草原环境的结果。因为草原经常刮风，风媒花比虫媒花更能适应这种条件。总的来看，古生代植物的花不明显，新生代植物的花明显。

恐龙时代的花

有花的植物，即显花植物，约在四亿到三亿五千万年前，即古生代的泥盆纪才在地球上出现。

在显花植物中，首先出现的是裸子植物，并且借助风力来传粉。后来裸子植物不断扩大地盘，逐渐遍布全球。在二叠纪后期（约三亿年前），伴随着种子蕨类的出现，直至形成大森林。特别是在中生代的三叠纪（约两亿年前），裸子植物达到全盛期。到了中生代的白垩纪（约一亿三千万到六千五百万年前），裸子植物的势力逐渐衰落，不久便为被子植物取代之。

被子植物一般认为是在中生代侏罗纪（约一亿八千万到一亿三千万年前）开始出现的，也有的学者认为原始的被子植物出现得更早。真正的被子植物种类的发展大概是在白垩纪，即在裸子植物衰落的同时，被子植物的发展达到了全盛期，如白桦、柳树等已经出现。

此外，有的资料说，在当时，青冈栎形成的森林已经出现。通过这类植物可以看出，那个时期被子植物的花是不显眼的。那么，具有显眼的花的植物，是在何时出现的呢？据有关资料说，具有显眼的花的植物，大致是在白垩纪初期出现的。

不难设想，在裸子植物的森林中，有花瓣的植物同时出现了许多种。同花瓣发达程度有密切关系的昆虫，大约是在古生代的志留纪（约四亿年前）出现的。当时的昆虫形态非常简单，似乎连翅膀都没有。能传粉的昆虫大约是在更晚的中生代侏罗纪出现的。如前所述，在侏罗纪，裸子植物已经逐渐衰落，而为不带显眼花瓣的被子植物取代之。

很多学者认为，当时的昆虫偶然遇到了不显眼的花，然后吸吮了花中的养分。从此，只靠风力来传粉的方式发生了变化，昆虫和花之间发生了新的关系。也就是说，在某种程度上也为昆虫传粉提供了良好的机会。这种新关系的发生和发展，必然以植物改变花的形态为起点，以便更能吸引昆虫来为自己传种接代服务。于是植物的花瓣不断增大，呈现出绿色以外的颜色，还会散发香气，分泌蜜汁等，以此提高昆虫传粉的效率，从而向扩大植物的种属迈进了一步。

如果把花比喻为商铺的话，那么昆虫就是顾客，花瓣就是招揽生意的广告牌，香气就是装着高音喇叭的宣传车。花与花之间为了招揽生意，拼命竞争，结果就产生了五颜六色、各种形态的花瓣。

我们不妨将恐龙的盛衰与花的进化联系起来考虑。恐龙起始于中生代的三叠纪，至侏罗纪有很大发展，进入白垩纪时达到了全盛期，最后在白垩纪末期灭亡了。

有花瓣的植物是随着恐龙进入全盛期而出现的。后来，恐龙的灭亡就为昆虫和原先充当恐龙食物的一些动物的繁盛创造了良好条件。恐龙灭亡以后，昆虫很快扩张了自己的势力，并且占据了重要地位。这一变化，与此后出现的有花瓣的新种植物，以及花瓣颜色的多样化等，不能说无关。

昆虫的色彩世界

在这里我们把蜜蜂作为昆虫的代表。奥地利动物学家伏利修做了许多实验，研究了蜜蜂对颜色的识别能力，并得出了有趣的结果。

首先要知道蜜蜂是否能分辨颜色。

（1）伏利修在蜂巢附近放置一张涂上花蜜的蓝色纸片，不一会，一只蜜蜂就飞到蓝色纸片上采蜜，带回蜂巢。其他蜜蜂也纷纷飞来采蜜，带回蜂巢。

（2）随后，把一张不涂花蜜的蓝色纸片和一张其他颜色（比如红色）的纸片并排放置在蜂巢附近。所有的蜜蜂都集中到蓝色纸片上寻找花蜜，而对红色“不屑一顾”。这一实验初步表明，蜜蜂有分辨蓝色和红色的能力。但也不排除蜜蜂并不具备分辨蓝色和红色的能力，而只是对一张纸是“亮的”还是“暗的”有分辨能力。

（3）为了解决上述疑问，伏利修把颜色深浅不同的灰色纸片和蓝色纸片混合放在一起。结果，蜜蜂仍然集中在蓝色纸片上。这一实验证实了蜜蜂的确有分辨颜色的能力。

其次，为了进一步测试蜜蜂能分辨哪些颜色，伏利修又用各种不同颜色的纸片做了同样的实验，结果表明，蜜蜂不能分辨红色和黑色、黄色和橙色、蓝色和紫色的差别。

就像彩虹的七种颜色一样，自然光可以呈现出不同的颜色，换句话说，自然光是各种不同波长的光的集合体。通过用这些不同波长的光分别对蜜蜂加以测试时，发现蜜蜂具有分辨黄色、青绿色、蓝色和“紫外线色”的能力，但不能分辨红与黑。由蜜蜂能感觉到紫外线的颜色，而人类对紫外线却没有色感来看，蜜蜂视觉的色感域比人类的稍偏于短波光（紫色、紫外线属于短波光，而红色、红外线属于长波光）。

昆虫所看到的花

人类眼中与昆虫眼中所看到的色彩世界是不同的，出现分歧的原因在于各自对紫外线的色感能力不同。人类不能直接对紫外线产生色感，必须借助照相或光学仪器来间接感知，而昆虫却能直接感知。如上所述，自然光是各种不同波长的光的集合体。同样，紫外线也是一种自然光，它不仅有固定的波长，而且是多种波长的集合体。花瓣中所含有的色素大部分对紫外线的各种不同波长具有吸收光谱，因此，昆虫眼中的色彩世界与人类眼中所看到的必然是不一样的，也许昆虫所见到的更为绚丽多彩。

通常认为蜜蜂不能分辨红色和黑色。对蜜蜂来说，红花并不是特别醒目的。如果我们到山野中仔细观察一下，就会发现开红花的植物比较少。这可能是由于在花瓣颜色的进化过程中，红色不能够吸引蜜蜂的缘故。但蝴蝶和鸟类能察觉到红色。如前所述，蜜蜂把橙色、黄色和绿色都看成是一种颜色了。据此推想，它们也就不能把橙色、黄色的花朵和绿色的叶子加以区别，那么，橙色和黄色的花朵不就成了一种“不显眼”的状态了吗？但实际情况是：拿黄花来说，黄光与紫外线发生反射作用，蜜蜂所感觉到的是黄色与紫外线的混合色。如果这种混合色的波长不同于叶子反射光的波长，那么即使是黄色的花，蜜蜂也能把它和绿色的叶子区别开来。从山野中开黄色花的植物较多这一点来看，以上所述，应该符合实际情况。蜜蜂所看到的紫外线，是一种什么样的颜色呢？大概类似于紫色系的颜色，我们不妨称之为“蜜蜂紫”。同理可知，蓝色的花就呈现出蓝色与紫外线色的混合色，这种颜色可以叫做“蜜蜂深紫色”。

我们平常看到的白花，并不是完全没有色素，而是含有非常淡的黄色色素，这些色素对紫外线的各种不同波长具有吸收光谱。因此，白色的花瓣也能反射出各种不同波长的紫外线。由此可见，在人类看来是白色的花，在蜜蜂看来却是带有某种颜色的花。

在昆虫的色彩世界里，紫外线起着非常重要的作用。即使在同一朵花中，由于位置不同，紫外线反射的强度也不一样。一般来说，花心部分紫外线的反射较强；周围部分则较弱。蜜蜂能感觉到紫外线从花的不同部位反射出来的强度是不一样的。下面这个实验可以证明。

先把花瓣一片片撕下来，按照花瓣的自然排列方式，呈辐射状排列在纸上，就会发现蜜蜂都集中在花瓣的花心部位。然后把花瓣的排列方式变换一下，反过来将花瓣的花心部位排列在周围，蜜蜂又都集中到周围上。

花心含有蜜汁，对紫外线的反射较强，因此会吸引蜜蜂集中在上面。我们用肉眼仔细观察，也会发现很多花的花心部位在颜色上与其他部位有所不同，这种颜色不同的花心部位称为“花蜜向导”或“花蜜标识”。我们常常见到有些花的花心部位带有条纹或斑点，这无疑是向昆虫表明花心含有蜜汁的一种重要标志。

如果我们用带有紫外镜头的照相机，把各种花拍摄下来，就可以从照片中看出，花心部位简直成了特写镜头，比用一般镜头的照相机所拍摄到的图像要大得多。从这个例子不难看出，昆虫眼里所看到的“花蜜向导”显然比人类所看到的要大得多。

小知识：黑色的花为什么稀少？

自然界中黑色的花朵为什么稀少？科学家对四千多种花进行统计，发现只有八种是黑色的。正因为黑色的花如此稀少，所以往往特别名贵，黑菊花、黑牡丹等因此成为花中珍品。科学家经过长期的观察和试验指出，太阳光是由七种色光组成的，其波长长短不同，所含的热量也不同。花的组织，尤其是花瓣一般都比较柔嫩，容易受高温伤害。自然界中，红色、橙色、黄色的花较多，它们能反射阳光中含热量多的红、橙、黄色光，不致引起灼伤，有自我保护的作用。而黑色的花能吸收全部的光波，在阳光下升温快，花的组织容易受伤，所以经过长期的自然淘汰，黑色的花就所剩无几了。

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