大家好！这里是天天听好书。今天我们要讲的是华章同人出品，重庆出版社2021年1月出版的《生命的色彩：我们为什么没有绿色的头发》。

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作者史钧是生物学博士和科普作家。这本书以“我们为什么没有绿色头发”为切入点，探讨了色彩与视觉形成、色彩与体温调节、色彩与体型大小、色彩与群居动物的社会交往等问题，详细叙述了不同的生命会呈现不同的色彩的终极原因和进化逻辑，以及色彩对人类社会构建的巨大推动作用。

全书共六章。这里要讲的内容来自第一章“我们怎样才能看到东西”。视觉的本质是眼睛里发生的光电效应。那么，在我们看见东西的时候，眼睛里面发生了什么样的电化学反应？在这个过程中，哪些东西发挥了核心作用？这就是今天的内容。

现在我们已经知道，光子是光的基本单位。无论什么样的光波，都由基本的光子组成。有些物质可以和光子起反应，这种反应其实就是遭到了光子的击打。在光子的击打下，光能会传递给电子，使电子可以摆脱原子核的束缚，在物体表面自由移动，甚至汇聚形成电流，这就是光电效应的直接效果。我们能够看见某种光，本质原因是这种光可以在眼睛里引发光电效应。

光电效应除了与光波的频率有关，还取决于电子是否容易被激发。而电子是否容易被激发，又与分子内部的化学键有关。单键对电子的束缚比较强，例如碳氢单键，普通的可见光基本上打动不了其中的电子。共轭双键对电子的束缚相对来说就比较弱，所以就成了光子的主要攻击对象。

共轭双键又是什么呢？这是有机化合物分子中的一种常见结构，基本单位是两个双键之间隔着一个单键。这种结构的价值在于，其中的电子容易发生内部重排，电子重排需要的能量相对较少，或者说更容易受到光子的激发。一旦电子被激发，就可能触发一系列的连锁反应，直到将光能转换为稳定的化学能储存起来，那就是叶绿体的工作；或者将光信号转变为电子信号，交给大脑处理，这就是视网膜的工作。

无论是光合系统，还是视觉系统，都要依赖光敏色素与光子之间的光电效应。所谓光敏色素，是指对光子攻击敏感的色素，其中的核心作用位点就是共轭双键。视觉系统的光敏色素主要是视黄醛，视黄醛是一种相对复杂的有机化合物，属于典型的共轭双键系统。

那么视黄醛又是如何感受光线的呢？这与视黄醛的同分异构体有关。同分异构体，就是两种分子的组成相同，分子量也完全相同，分子结构却略有不同。这样的两种分子，表面上看起来是同一种物质，其实并不是。生物体正是利用这种玄妙的差异，为我们制造了难以想象的奇迹。

你可以把同分异构体想象成两扇相同的门，只不过一扇门向左打开，另一扇门向右打开。在这两种状态下，门的组成并没有发生变化，还是一个门框、一扇门板，外加几个铰链，但是门的结构不同。

生物体内的大分子物质经常出现同分异构体，并且可以相互切换，前提是要给它们提供适当的能量。有时一个光子就可以导致共轭双键内的电子重排，同时完成不同结构之间的切换。视黄醛就是这样一种可以互相切换的同分异构体，只需要一个光子，就可以让它们在两种分子结构之间来回切换，其中一个叫作顺式视黄醛，对应的则叫作反式视黃醛。正是这种正反相对的奇特的结构特征，使视黄醛得以成为视觉进化的核心分子。

原始的视黄醛分子只含有两个双键结构，形成典型的共轭结构。随着生物的不断进化，这个共轭系统中陆续加入了其他双键。双键数目越多，对可见光的吸收情况就越复杂，也就可以吸收不同的光波。如果把一个共轭双键结构比作一个琴键，一个琴键就只能发一个音；要想弹出美妙的乐曲，就必须有更多不同的琴键。

光敏色素对光线的感知是同样的道理，如果只能感受一种光线，就很难看到彩色的世界。要想感受更多的光线，就必须对视黄醛分子进行改造，让它变得更复杂，可以吸收不同的太阳光谱，传递更加全面的光学信息。改造的策略是为视黄醛分子加上一套蛋白质，统称为视蛋白。视蛋白的原始祖先来自古老的光合细菌。这种光合细菌是数亿年前进化出来的，至今仍然在我们的眼睛里默默地发挥着作用。

视蛋白和视黄醛共同构成视觉系统的核心部件，时刻准备迎接光子的到来。视黄醛的分子很小，因此很难被光子击中。就像射击游戏中的靶子，靶子越小就越难击中。为了提高击中概率，必须要有更多的靶子，所以视黄醛的分子数量很多。视网膜甚至会折叠起来，以此容纳更多的视黄醛分子。

更多的视黄醛分子意味着需要更多的视蛋白分子，它们铺满了视网膜的表面，封锁了视觉系统的对外通道。一旦视黄醛分子被光子击中，视觉工程的第一步就成功启动了。

假设开始时没有光线射入，视黄醛为反式结构，和视蛋白结合在一起，一切都很平静。当黎明到来，太阳升起，亿万光子从太阳出发，跨越巨大的空间飞奔而来，刚刚照射到反式视黄醛分子，这种反式视黄醛就会立即通过电子重排，切换为顺式视黄醛。尽管只是一个小小的结构变化，却引发了强烈的连锁反应，因为顺式视黄醛和视蛋白完全不合拍，两者只能分道扬镳。

至此为止，光子完成了它的任务，也就是拆散了视黄醛和视蛋白。此后，视觉工程的所有反应步骤，都与光子无关。

现在，被拆散的顺式视黄醛与视蛋白面临着何去何从的问题。首先，视蛋白必须找到另一个反式视黄醛才能恢复原状，否则就会一直处于异常状态，并对其他分子造成严重威胁。而视蛋白一旦与新的反式视黄醛结合，就会立即转危为安，直到遭到第二次光子攻击。视蛋白就这样在分离与结合之间不断轮回，直到被彻底分解为止。

顺式视黄醛也经历了类似的轮回，它与视蛋白分开后，借助其他反应体系的帮助，重新恢复到反式视黄醛状态，又可以再次与视蛋白结合。两种物质就这样被反复循环利用，似乎并没有发生什么重要的变化，但视黄醛分子在反式和顺式之间的结构切换，已经将光子带来的信息传递了下去。

分子结构切换的本质是电子重排，而电子重排本身就是一种电信号。电信号通过一套复杂的程序传给视觉神经，再由视觉神经传递给大脑，并由大脑视觉中枢还原为图像，这样我们就看到了外面的世界。

由此可见，视觉质量的高低，不但取决于感光系统的精细程度，还取决于大脑的图像处理能力。有的动物，比如人类，有着复杂的眼睛和强大的大脑，当然能够看见相当清晰的图像；而有些动物，比如昆虫，基本上只能看到一片模糊的马赛克。具体图像的质量与生存需要有关，而生存需要又决定了眼睛的进化水平。

我们来小结一下，在我们看见东西的时候，眼睛里面发生了光电效应，光子击打视网膜上的视黄醛和视蛋白，使视黄醛发生电子重排，在两种结构之间反复切换，从而把光学信号转换为电子信号，通过视觉神经传递给大脑，再由大脑的视觉中枢还原为图像。这样我们就看见外面的世界了。

好了！想了解更多内容，建议打开《生命的色彩：我们为什么没有绿色的头发》。感谢你天天听好书，我们明天见！