为什么几乎所有的动物都是肚子上的毛色浅于背上的?

Mr-HH,细胞生物学/遗传学/普通生物学科普

关于这个问题的答案,其实早在上上世纪就已经有人在思考了。因为确实有不少的动物,从天空上飞的鸟,陆地上跑的兽类,到水里游的鱼,几乎都有着这么一个规律——背部总是颜色深一些,而腹部总是颜色浅一点

就像我们去画一个动物(或以动物为原型的卡通形象),想象中也总是会给肚子部分留白,似乎这是一个约定俗成的传统。但,这是为什么呢?

一般常规的解释,像是我们可以很容易理解的,不管是天上飞的、地上跑的、水里游的,大多数的它们都是背部朝上面对阳光,同时腹部朝下背对阳光

因此背部色素的沉积,一方面可以较大增加阳光热量的吸收,更好地实现温度调节[1];另一方面也可以反射紫外线的辐射,实现紫外线防护[2]


但今天主要想跟大家介绍的是另外一种假说——反影伪装(Countershading)

早在1896年,美国著名的肖像画家Abbott Handerson Thayer就提出了:

Animals are painted by nature, darkest on those parts that tend to be the most lighted by the sky’s light, and vice versa.(动物都由大自然而上色,那些颜色最暗的地方往往都是被阳光照得最亮的地方,反之亦然。)

因此这种反阴影的伪装也被称为Thayer定律(Thayer’s Law)。怎么理解「反阴影」呢?

如上图所示,对于一个全身均匀白色的圆柱体。正常情况下光线从上面投射下来,那自然会使物体的上方呈现出较亮的白色,而物体的下方出现较暗的阴影。物体出现了色差,呈现出了三维的立体效果,因此能够一眼被辨认出的概率很大。

但如果当这个圆柱体的着色反其道而行之,我们人为地往圆柱体的上部着色深一些。随后,当与光线作用两者结合起来,视觉效果上的颜色很明显地均一化和平面化了,如果再配合上单一的背景,就很难会被发现了。

这便是「反阴影伪装」最通俗的理解。

事实上,这种伪装对于捕食者或者被捕食的动物而言都至关重要:前者需要隐藏自己以悄悄接近猎物,后者需要把自己藏起来不被天敌找到。

但,真的这么有效吗?我们来看看实际效果。

图片中有三只行走在岩石堆中的高地山羊,此时的阳光照向地面,而山羊腹部的白色,或多或少地「中和」了原本应存在腹部的阴影,使得其颜色得以「均一化」,不太容易被发现。

当然,这是对于绝大多数只能从侧面观察的陆地动物而言的。但即使对于还存在从上方和下方被发现的鸟儿和鱼儿(包括会游泳或在海洋中生活的企鹅、海豚、鲸鱼等非鱼类生物)来说,效果也是类似的。

如果从下往上看↑,浅色的腹部与天空「更配」;而从上往下看↓,深色的背部与地面/海底「更搭」

甚至在比较深的海中,因为缺乏光线,此时自身是什么颜色意义已经不大了,因此有些会生物发光的动物就会给自己「补光」,来增加自身亮度以匹配背景

正如上图的Watasenia scintillans荧光乌贼,当捕食者从下方观测时,它自身背阳面发光将有助于把自己的亮度调节到与上方水面相匹配,减少被捕食者发现的概率。

还有一点要说明的是,「背部深、腹部浅」的这个反影伪装定律并不是100%在所有动物中应用的背、腹均色的动物其实也不少,像是我们熟悉的北极熊大熊猫等等(但这也与它们生活的环境有关,环境单一的冰原、密密麻麻的竹林等)。

除此之外,甚至还存在一些动物是「反 反影伪装」的,也就是反过来,背部颜色更亮更浅,而腹部更暗,而这种「反 反影伪装」又分两种情况

对于臭鼬蜜獾而言,如下图,这种着色其实在自然光线的照射下自然对比度更大,但这就形成了一种显眼的「警告色」——不要惹我,我会释放臭味攻击

另一种情况而言,可能对于这种「反 反影伪装」动物,以腹部朝上才是常见姿态。比如说下图的Aglia tau毛虫,确实背部颜色更亮,也很容易被发现。

但事实上它更常见的姿态是下图这样的,整个儿是倒过来的[3]。因此虽然看起来是「反 反影伪装」,但本质上还是「反影伪装」

最后,还有一点是,「反影伪装」其实不仅出现在现存的生物中,哪怕是上亿年前已灭绝的恐龙,它们同样也存在着这种「背暗腹浅」的颜色纹路[4]

这是出土在我国辽宁热河地区的中华龙鸟(Sinosauropteryx)化石,通过对化石上残存的原始色素进行分析,可以重构出恐龙可能存在的原始颜色,并且可以发现,它们也是具有很明显的反影伪装

当然我们知道,动物的反影伪装与它所生存的周围环境是有很大关联的,因此,对恐龙色彩的研究,也可以帮助我们更好地还原当时的地球环境

感兴趣的同学还可以看看下面的视频[4]

中华龙鸟的反影伪装体色

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