人體沒有藍色素，那為什麼會有藍眼睛？ | 睡前科學故事

大朋友小朋友們，第一次見到藍眼睛的外國人的時候，你肯定會好奇，為什麼他們的眼睛是藍顏色的？

有人可能會告訴你，這和他們眼睛裡的色素有關係。

可是，人體內是沒有藍色素的。別說人類了，大多數脊椎動物都無法產生藍色素。

實際上，到目前為止除了2種脊椎動物，其實就是2種魚——花斑連鰭? （xián） 和變色連鰭?以外，人們沒有發現任何能夠製造藍色色素的脊椎動物。

（花斑連鰭? xián （上）和變色連鰭?（下），它們是唯一能夠製造藍色素的脊椎動物）

藍色素在植物中很常見。至於為什麼脊椎動物無法產生藍色素，還沒有人能解釋為什麼。

（活著的非洲洛馬米長尾猴的屁屁是藍色的，就像穿著牛仔褲；死了以後(右圖)，就會變成白色，這證明洛馬米長尾猴的藍色是一種結構色（見下文）。實際上，除了上面提到的2種魚以外，沒有脊椎動物能產生藍色素。）

既然人體內沒有藍色素，那麼為什麼會有藍色的眼睛呢？

簡單地說，這個問題的答案，在天上。

人眼的藍色，和天空呈現藍色的原理是類似的。

這個結論步子邁得有點大。我們一步一步地解釋。

人眼睛的顏色，主要指的是虹膜的顏色。虹膜就是能夠形成瞳孔的眼部結構。

（藍色的虹膜，中間的黑洞是瞳孔）

虹膜大致分為正反兩層：正面的是虹膜基質和覆蓋在上面的上皮細胞層，為了方便，我們叫它虹膜正面；虹膜背面的一層上皮細胞，主要是色素細胞。這兩層結構都含有色素。

（虹膜的結構）

虹膜的顏色，和兩種色素有關。

這兩種色素叫做黑色素和脂色素。黑色素是黑色的，脂色素是黃色的。

我們知道可見光中，有波長較長的光和波長較短的光。波長較長的光是紅色、橙色的；波長較短的光是藍色、紫色的；波長中等的光是黃色、綠色的。黑色素可不管你長波還是短波，它會一律吸收，所以才呈現出黑色。

(皮膚中黑色素的多少決定了人的膚色)

黑色素是決定一個人膚色的主要色素。黑色素多的話，皮膚就黑。除了我們的皮膚以外，頭髮、血管、內耳，甚至大腦里也有黑色素。皮膚、頭髮和眼睛裡沒有黑色素的人，就是白化病人。

(白化病人的頭髮、皮膚和虹膜都缺乏黑色素，他們的眼睛常常是藍色，甚至是紅色的)

除了極少數的情況（比如白化病人），一般人的虹膜背面都有黑色素。但是虹膜正面黑色素的含量就因人而異了。

脂色素就更加挑人了，並不是所有人都有脂色素。

棕色和黑色的眼睛和黑色素有直接關係。

在棕色或黑色的眼睛裡，虹膜背面和虹膜正面含有大量的黑色素。所以，如果這兩層細胞中黑色素含量高的話，虹膜看起來就是棕黑色的。包括中國人在內的大部分東亞人的眼睛之所以是棕黑色的，就是這個原因。

琥珀色的眼睛和脂色素有關。

(琥珀色的眼睛)

如果虹膜中還含有脂色素，那麼眼睛看起來就是琥珀色的。

好的，黑色素、脂色素和眼睛顏色的關係你已經明白了。那麼藍色的眼睛究竟是怎麼一回事呢？

首先，藍色眼睛的虹膜背面的黑色素含量不少，但是虹膜正面卻幾乎不含黑色素，所以藍眼睛的人的虹膜的正面是透明的。

（少見的藍眼睛考拉，原理也是瑞利散射）

當光線照射到透明的虹膜正面的時候，不會被吸收，而是會發生散射。

散射是啥？

你可以把光線看成是一些一起運動的小球。它們運動的時候會撞到一些小的物體，比如虹膜中的分子。這時候，光線就好像雨水打在凹凸不平的地面上一樣，會濺得到處都是，這就是散射。

（散射示意圖：藍光容易散射）

其中，短波的光，也就是藍光，更加容易發生這個現象。而長波的光則不太容易散射，而是一路向前沖，最終被虹膜背面的黑色素吸收。這種散射有個名字，叫做瑞利散射。

(麵粉懸浮在水中，看起來是藍色的，也是因為散射)

說到這裡你應該明白了，藍光因為被虹膜正面朝各個方向「反彈」了回來，而其他光線則被虹膜背面的黑色素吸收了，因此虹膜看起來就成了藍色。

天空之所以是藍色，也是因為瑞利散射。瑞利散射讓短波的藍光布滿了整個天空，因此天空是藍色的。

（瑞利散射在日落之後更加明顯，天空看起來非常藍。這張照片的拍攝時間是日落後約一小時。）

那我們是不是看不見天空中別的顏色的光線了呢？

並不是。在正對著太陽的地方，天空看起來白一些，這就是因為各色光你都能看見的緣故。

(天空中的散射)

那麼灰色的眼睛呢？

（灰色的眼睛）

灰色眼睛的原理和藍色眼睛差不多，也和散射有關。只不過，灰眼睛裡有大量的膠原，這時候不僅藍光會發生散射，其他顏色的光也會。這就好比天空中雲多的時候，看起來就是灰色而不是藍色一樣。造成灰色眼睛的散射叫做米式散射。

（各種顏色的眼睛和色素以及虹膜結構之間的關係）

那麼，綠眼睛是怎麼一回事呢？

實際上，人體內也沒有綠色色素。

（《國家地理》最著名的照片之一——巴基斯坦姑娘的綠眼睛）

有些人眼睛發綠是因為，他們虹膜背面的黑色素比藍眼睛的人還少，而且他們的虹膜正面除了沒有黑色素以外，還含有一些脂色素。藍色的散射光加上脂色素的黃色，沒錯，答案就是綠色。

其實，藍眼睛的藍色，是一種「結構色」。

（蝴蝶的翅膀絢麗的色彩是因為翅膀表面的精細結構，而不是本身的色素的作用）

這種因為物體表面結構和光的相互作用（主要是散射、干涉或衍射）而產生的顏色叫做結構色（也叫物理色）。這和色素產生的顏色——色素色（也叫化學色）是不同的。

（一種杜若屬的植物 Pollia condensata 的果子，是大自然中最藍的東西，但是，它也是結構色）

藍色、綠色的羽毛、孔雀七彩的羽毛、一些蝴蝶的翅膀、許多熱帶魚的魚鱗、章魚、還有《少年Pi的奇幻漂流》中鯕（qí）鰍（qiū）的顏色，都是結構色，而不是色素造成的。

(《少年Pi的奇幻漂流》中鯕（qí）鰍（qiū）的絢爛顏色也是結構色，受神經控制，在死後消失。)

在日常生活中，肥皂泡還有CD表面的絢麗色彩，也是結構色。

那麼，為什麼有人的眼睛是黑色的，有人的眼睛卻是藍色或是別的顏色呢？

當然不是基因…才怪。科學家們認為，一開始所有人的眼睛都是棕黑色的。後來在1萬年前出現了藍眼睛的基因變異。人的眼睛的顏色主要由2個基因決定，而它們都長在第15號染色體上面。

地上走的脊椎動物不產生藍色素

所以說...

你們原本的顏色到底是什麼啊？

細思極恐...

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參考資料：ScientificAmerican, NewYorkTimes, Northernwoodlands.org, Wikipedia等

圖片來源：wikipedia, hk.phy, pinterest等