色彩是大自然最动人的语言，也是生命进化的重要标志。无论是鲜红的苹果诱惑着动物传播种子，还是紫色的薰衣草吸引勤劳的蜜蜂，艳丽的颜色总是与生态功能紧密相连。动物的求偶装饰如孔雀开屏的蓝色尾羽，更是鲜明的视觉宣言。然而，世界的色彩对所有生物而言并非等同可见，色觉能力的差异让色彩的意义也大相径庭。这个现象引发了一个核心进化学问题：绚丽的色彩信号和感知色彩的视觉系统究竟哪一个先出现？自然界中色彩爆发的时间点和演变机制究竟如何？ 科学家们通过汇编数亿年的进化数据，结合化石与系统发育树的研究，试图揭开这一谜题。系统发育树是根据现存物种特征推断共祖历史的工具，虽然有推测性却为古老特征的起源提供间接证据。
奥克拉荷马州立大学进化生物学家Emberts和亚利桑那大学生态学家Wiens联合开展研究，分析了色彩信号与色觉系统在动物和植物界的共同进化轨迹。 研究结果显示，色觉的起源远早于鲜艳色彩信号的出现。视觉色觉系统大约在四亿到五亿年前独立两次诞生，一次出现在节肢动物如昆虫，一次出现在脊椎动物如鱼类。这一发现颠覆了传统观念，即色彩信号必须依赖于视觉系统的存在，实际却是视觉色觉先行演化，为后续多样化的色彩信号奠定基础。 大约三亿年前，植物界开始产生鲜艳的色彩信号。例如，拥有色彩的果实和种子陆续出现，使成熟的果实更容易被传播者识别。
随着三叠纪时期（约1.4亿至2.5亿年前）开花植物的兴起，色彩信号正式融入繁殖生态系统。开花植物的鲜艳花瓣成为诱导传粉昆虫的关键，生动的颜色帮助它们在竞争中脱颖而出，提高繁殖成功率。 警示色彩作为一种有效的防御策略，也在进化历程中独立演化多次。约一亿三千万年前，出现了通过鲜艳色彩警告捕食者自身有毒的昆虫化石，如琥珀中的蟑螂化石。此后，蝴蝶幼虫等生物进化出明亮的黄色、红色和橙色，这些颜色被视为信号，提醒潜在的捕食者避开。值得注意的是，这些警戒色彩多次独立进化，存在于多个演化支系中，甚至在某些没有色觉的物种中仍然存在，因为色彩信号的最主要接受者是能够感知颜色的捕食者。
与警示色不同，性选择驱动的色彩信号演化则显示出更强的依赖性。约一亿年前，鱼类开始发展艳丽的繁殖色彩，用于吸引异性。像针鱼和鲈形鱼这样体色光泽的鱼类通过显示色彩优势提升配偶选择成功率。Wiens等人发现，性选择驱动的色彩信号主要存在于具备多通道色觉的物种中，因为视觉感知是这种信号得以有效传递的前提。 纵观动物界，色觉的多样性令人惊叹。大多数昆虫可以感知紫外线、蓝光和绿光，且部分节肢动物如螳螂虾的眼睛拥有多达十二个色彩通道，甚至能够感知偏振光，远远超越人类的三色视觉。
脊椎动物的祖先被推测具有红紫蓝绿的色觉能力，这种能力延续至现代的蜥蜴、鸟类、七鳃鳗和肺鱼等。尽管如此，一些物种在进化过程中丧失了部分色觉功能，如盲鳗无法感知红色，鲨鱼缺乏蓝光感知，人类拥有三种视锥细胞，而犬类和兔类则只有两种，限制了它们辨色的范围。 色彩的进化不仅仅是视觉感受器官的发展，更蕴含了生物间复杂的生态互动。色彩信号传递的信息多种多样，包括报警、有毒警示、物种识别和社交沟通等。正因如此，色彩与视觉形成了相辅相成的进化过程。艳丽的色彩物种表示着其进化路径上克服掠食压力获得的优势，而色觉则是捕食者与配偶辨识彩色信号的基础。
然而，研究者们也坦言，因色彩在化石中难以直接保留，且同一色彩特征可多次在不同物种中独立演化，这使得通过现存物种推断色彩的起源充满挑战。色彩信号的出现和消失如同潮汐一般，时而显著，时而淡出，给溯源带来很大不确定性。尽管如此，利用系统发育树对现存物种的色彩特征进行推断，是目前揭示色彩进化谜题的最佳途径。 自然界中不乏色彩存在于感知之前的例子，例如植物的叶绿素反射绿色光，即使没有眼睛存在。早期的色觉演化可能并非专门为了识别色彩信号，而是出于寻找食物、躲避掠食者或环境辨识的需要。有学者提出色觉起源于在浅水环境中减少光学“闪烁”的需求，这种适应最终促成了多光谱视锥细胞的发展。
色彩信息的维持也是生命抗衡熵增的表现之一。纯净而鲜明的色彩需要生物在生理与结构上复杂调控色素与纳米结构，这种投入显然是为了实现特定生态效应。色彩无论是通过颜料还是结构色呈现，都在在进化史上代表着功能与信息的载体。 近期数百万年里，尤其是在鸟类、爬行动物和鱼类之间，色彩警告和性别信号呈爆发式增长趋势。随着生态环境愈发复杂，色彩信号的多样化和视觉感知系统的日益精细，为自然界带来了更多迷人的视觉盛宴。 综上所述，自然界的色彩并非偶然，而是历经数亿年演化的结果，色觉的进化为彩色信号的传播提供了基础，随后色彩信号在果实、花朵、防御和求偶中不断演化与多样化。
今日我们所见的绚丽自然，无疑是漫长生物进化史中视觉与色彩相互促动的辉煌篇章。未来，随着环境与物种交互的不断变化，这场色彩盛宴或将更加灿烂夺目，带给人类更多惊喜与启示。
