玫瑰是红色的，紫罗兰是蓝色的，但花朵的颜色从何而来？

玫瑰是红色的，紫罗兰是蓝色的，但花朵的颜色从何而来？

花朵以其绚丽的色彩吸引着人类的目光，从红色的玫瑰到蓝色的紫罗兰，这些色彩不仅令人赏心悦目，更承载着植物进化的奥秘。本文将带你探索花朵颜色的科学原理，揭示这些美丽色彩背后的生物学故事。

在无数吸引人类目光的自然元素中，由花朵构成的多彩宇宙无疑占有一席之地。花色的多样性以及它们在自然界中的分布和组织方式长期以来一直让科学家们着迷，这并非徒劳。这些研究人员中有罗曼·T·克伦伯格博士和贝弗利·格洛弗博士来自英国剑桥大学植物科学系，他们有兴趣深入研究不同花朵特征背后的机制，以及这些特征如何影响花朵与其传粉者之间的相互作用。在他们最近的一部作品中当代生物学，这些研究人员给我们带来了对花朵颜色万花筒般的演变的令人兴奋的概述：深入研究其形成的根源，解码其背后复杂的分子和生化机制，并揭示不同时间尺度的动态演化。

颜色的组成部分

颜色是两个同等重要成分之间相互作用的结果。第一个是反映光波长。您可能听说过白色是所有颜色的组合，而黑色是由于没有这些颜色而产生的，对吗？嗯，这在一定程度上是正确的，因为白色表面强烈反射所有波长，导致没有颜色。相比之下，黑色表面的反射几乎可以忽略不计，导致吸收占主导地位，因此缺乏颜色。这就提出了一个基本问题：什么决定了花的颜色？这是第二个组成部分：观察者的眼睛（图1）。当我们——人类——看到一朵红色的花时，我们的三色视觉使我们能够感知波长在 400 到 700 nm 之间的反射光（分别代表蓝色、绿色和红色），从而产生红色的感知。然而，对于对红色敏感度有限的蜜蜂来说，同一朵红花可能会显得黑色。您是否曾经想象过从紫外光谱到红色？那么，享受这独特景色的鸟类是幸运的！

图1。草甸毛茛（毛an）在可见光（左）、紫外线（中）和红外线（右）下拍摄的花朵（照片由戴夫·肯纳德，维基共享资源).

尽管我们或许能够识别花朵中广泛且异质的调色板，但事实是，造成这种调色板的色素列表非常短，包括叶绿素、类胡萝卜素和花青素。色调的细微变化是由于产生这些色素的代谢途径的物种特异性改变造成的。例如，取代红玫瑰的花青素可能类似于形成红色大丽花的花青素。尽管如此，每种颜料的结构可能几乎没有改变，从而产生了差异。此外，颜料（及其组合）可以与其他花卉特征相结合，例如花瓣细胞的生物物理特性（例如天鹅绒般的表面），创造出无限的组合，最终形成我们所看到的色彩奇观（图2）.

图2。负责花朵颜色的颜料示例。包括的物种： 绿色烟草 (烟草;库尔特·斯托伯摄，Wikicommons）、向日葵（Helianthus annus；摄影：Agnes Monkelbaan，Wikicommons）， 玫瑰 （粉红色;摄影：Serhio Magpie，Wikicommons), 海葵 (湖北鳝鱼粳稻；摄影：Cephas，Wikicommons）和飞燕草（Delphinium sp.；摄影：Jonathan Billinger，Wikicommons）。图由卡洛斯·A·奥多涅斯·帕拉 (Carlos A. Ordóñez-Parra) 绘制。

花的颜色是如何以及为何出现的？

克伦伯格和格洛弗指出，花瓣的颜色一定起源于旨在保护植物生殖器官的叶状结构。例如，在裸子植物中，例如欧洲落叶松（落叶松）和海葡萄（二穗麻黄),球果呈现出引人注目的色调鳞片中红色素的积累（图3）。因此，被子植物和裸子植物共同祖先的不育保护器官也可能已经具有鲜艳的颜色。

图3。具有红色松鳞的裸子植物的例子。左图，欧洲落叶松（照片来源：克日什托夫·齐亚内克，维基共享资源）。对了，海葡萄（摄影：Le.Loup.Gris，维基共享资源）.

在被子植物的第一个谱系中，花朵主要呈现浅色，但某些物种可能呈现出更鲜艳的颜色，例如橙色、粉色和蓝色。由于负责这些颜色的色素已经存在于植物中，尽管还具有其他功能，例如光收集和应激反应，因此人们相信，在整个植物进化过程中，它们被用来对产生花朵的结构进行染色并使它们的颜色多样化。您可能会问自己，为什么要这样做？最可能的答案是，这些特征将使花朵在绿色万花筒般的叶子中更加突出，使它们对传粉者，特别是具有非凡视觉能力的昆虫来说更加引人注目。花朵与其传粉者之间的这种新生相互作用是我们星球上开花植物成功的先兆之一。因此，花的颜色成为这个进化叙事中的明星之一，以及可能塑造这种相互作用的其他线索，例如花形态和香气。

动物如何与花互动？

为了理解花卉和动物多样性之间的关系，研究人员创造了“授粉综合症”，它描述了具有同一组传粉媒介的物种中独立进化的花卉特征的组合。当然，花的颜色是该分类的主要组成部分之一，蓝色和黄色的花朵由蜜蜂授粉，而红色和白色的花朵则由鸟类和飞蛾来访。然而，授粉综合症的概念一直是广泛争论的主题，甚至最近大规模分析表明颜色是识别给定物种的传粉媒介的信息最少的特征之一。这引起了人们对花色在植物进化中的作用的很多怀疑。

这场争议导致人们对花朵颜色演变的研究越来越详细，甚至是在较小的规模上。例如，这项研究表明，花颜色的变化比其他花属性的变化更常见。花色素的突变不会损害植物，因为它们很少扰乱关键的生理过程。通过这种方式，新的突变很容易出现，从而产生我们所知道的颜色变化，然后这些颜色变化就会受到进化选择的影响。

花、颜色和人

抛开其生物学和进化论，我们不能忽视人类与花卉之间内在的、古老的关系。长期以来，人类对花朵及其颜色表现出兴趣，几个古代文明中存在的带有花卉图案的文物就证明了这一点：古希腊米诺斯壁画南美洲的印加和盖丘亚纺织品。这种吸引力在很大程度上可以归因于花朵唤醒的积极情绪，可以追溯到第一批人类，他们将鲜艳的色彩与美味而有价值的水果或应避免的有毒物品联系起来。此外，纵观历史，人类已经开发出多种将花卉融入日常生活的方法，人工创造花卉颜色。毫不奇怪，花朵及其颜色成为一些最知名的艺术作品的主题，例如梵高的向日葵和莫奈的睡莲.

然而，这种丰富多彩和乐观的情景与我们目前面临的生物多样性丧失和栖息地破坏（包括传粉媒介令人担忧的减少）的悲惨现实形成鲜明对比。希望未来了解花色进化和生态的研究和知识进步将为更好地了解传粉媒介和防止其损失的有效方法铺平道路。