生命的三原色

■ 方舟子

人類對色彩的研究，可以追溯到兩位科學(xué)之父：物理學(xué)之父牛頓和化學(xué)之父道爾頓。在17世紀(jì)中葉，牛頓首先發(fā)現(xiàn)通過棱鏡片的折射，白色的陽光變得像彩虹一樣色彩斑斕，也就是說，白光實(shí)際上是由幾種不同顏色的光組成的混合光。到了18世紀(jì)，科學(xué)家已經(jīng)知道，由紅、藍(lán)、綠三種顏色的不同搭配，就可以組成人類所能感知的所有色彩，如果把這三種顏色的光等量混合，就變成了白光。這三種顏色，因此被稱為三原色。

1774年，道爾頓宣布，從他和其兄弟身上發(fā)現(xiàn)了紅綠色盲：他們的顏色世界不是由三原色組成的，而只是由黃、藍(lán)兩種顏色組成的，他們看不到紅色和綠色。進(jìn)入19世紀(jì)，物理學(xué)家托馬斯·楊提出一個(gè)大膽的假說，認(rèn)為所謂三原色是因?yàn)槿祟惥哂腥N獨(dú)立的感光機(jī)制，而色盲就是因?yàn)槠渲幸环N或兩種機(jī)制失靈。盡管存在著許多種色盲，但研究的結(jié)果表明，它們都是因?yàn)椴荒芨杏X紅、藍(lán)、綠三原色中的一種，其中以紅、綠色盲最常見。這個(gè)假說，最終被現(xiàn)代生物學(xué)完全證實(shí)。

原來，脊椎動(dòng)物的視網(wǎng)膜存在著兩類感光細(xì)胞，根據(jù)其形狀，我們分別稱為桿細(xì)胞和錐細(xì)胞。桿細(xì)胞是用來感覺光的強(qiáng)弱的，感覺不了色彩。這種細(xì)胞只在光線微弱時(shí)才起作用，在光線太強(qiáng)時(shí)桿細(xì)胞會(huì)失活，黑暗中才逐漸恢復(fù)。錐細(xì)胞則相反，是用來感覺顏色的，只在光線較強(qiáng)時(shí)才起作用。如果你從較亮的地方走進(jìn)黑暗中，會(huì)突然覺得失明，就是因?yàn)檫@時(shí)候錐細(xì)胞已不起作用，而桿細(xì)胞要過幾分鐘才開始有功能。

人類的桿細(xì)胞遠(yuǎn)多于錐細(xì)胞，大約有1億多桿細(xì)胞和600萬錐細(xì)胞。但是桿細(xì)胞只分布在視網(wǎng)膜的周圍，中心處則沒有，而錐細(xì)胞則集中在視網(wǎng)膜的中心處，因此平時(shí)主要是錐細(xì)胞在起作用。在黑暗中，你如果直接盯著一樣?xùn)|西看，光線落在視網(wǎng)膜的中心，可能看不清，如果斜著眼去看，讓光線落在桿細(xì)胞集中的視網(wǎng)膜邊緣，反而看得清。

桿細(xì)胞只有一種，但是錐細(xì)胞卻有三種，分別有紅、綠、藍(lán)三種色素（視蛋白質(zhì)），感受紅、綠、藍(lán)三種光。如果有哪一種錐細(xì)胞不存在或有缺陷，在你的視覺世界中就少了一種原色。

這三種色素，以及桿細(xì)胞中的視紫紅素，是由不同的基因表達(dá)的。四種色素基因位于三個(gè)染色體上，視紫紅素和藍(lán)色素基因分別位于三號(hào)和七號(hào)染色體，而紅、綠色素的基因則連在一起，都位于X性染色體上。大家知道，男性只有一個(gè)X染色體，它一出毛病就會(huì)表現(xiàn)出來，不像女性有一對X染色體，一個(gè)出了毛病還會(huì)被另一個(gè)掩蓋過去。因此，紅綠色盲是一種性連鎖遺傳病，在男性中要比女性多得多。

紅色素基因和綠色素基因的序列非常相似，有98%相同，很顯然，它們是從同一種基因進(jìn)化來的。實(shí)際上，四種色素基因都存在一定的相似性，計(jì)算表明，它們可能是在5億～10億年前由同一種基因進(jìn)化來的，而紅、綠色素基因的分化更晚，在三四千萬年前才發(fā)生。也就是說，在三四千萬年前，眼睛還沒辦法區(qū)分紅、綠色，大家都是紅綠色盲。

出乎意料的是，男性中綠色素的基因數(shù)目并不是固定的。對大多數(shù)男性來說，有兩個(gè)綠色素基因和一個(gè)紅色素基因，即這兩種基因的比例是2∶1，但比例是1∶1或3∶1的也并不罕見。這兩種基因比例的不同，導(dǎo)致男性對紅、綠兩色的感覺存在著變異。這種變異的存在，是不是表明綠色素基因正在進(jìn)化成兩種新的色素基因呢？那樣的話，我們就會(huì)有四原色，而一個(gè)四原色的世界會(huì)是什么樣的呢？