人眼发现了水的一个bug，终于进化出能看到从红色到紫色的眼睛人为什么只能看到从红色到紫

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人为什么只能看到从红色到紫色的光？
笼统来说，我们能看到光，是因为物体发出了电磁辐射，这种辐射向我们的大脑发出信号后，我们就看到了不同颜色的光线。
但为什么我们只能看到红色到紫色，也就是400到700纳米的光呢？而其它那么大波长范围的我们都视而不见？

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看到光是电磁辐射的化学效应
电磁辐射有物理效应和化学效应，我们首先需要搞清楚，我们看到光究竟是哪种效应在起作用。
电磁辐射的物理效应包括加热物体和产生压力，这两个效应都非常微弱。比如光的压力可以制作光帆飞船，虽然力量非常弱小，但持续不断的加速却可以让它达到十分之一光速，从而在40年内到达离我们最近的恒星系，而即使用现在最快的飞船，也要十多万年。
显然电磁辐射不是通过物理效应来让我们看到物体的，而应该是通过引起分子的化学变化，将这些变化的信号传递到神经系统，来让我们感知光线，这就是视觉的基本工作原理。

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视觉的光化学作用发生在哪里？
这种作用发生在人眼的视网膜中。视网膜里含有感光细胞，包括视杆细胞、视锥细胞和视网膜神经节细胞，这就是发生魔法的地方。
人类视网膜里共有约600万视锥细胞和1.25亿视杆细胞。
视锥细胞在比较亮的环境下工作，可以分辨颜色。
视杆细胞在比较暗的环境下工作，分辨率较低，而且不能分辨颜色。
简单来说，锥状的视锥细胞分辨光线颜色，像杆子一样的视杆细胞感知光线强弱。

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人类和高等灵长类等动物有三种不同的视锥细胞，其它哺乳动物则缺少红色的视锥细胞，所以对颜色的分辨能力就比较差。比如猫只能分辨蓝绿色调，狗只能分辨黄蓝色调。
一些人缺乏红色、蓝色或绿色的视锥细胞，于是就形成了不同的色盲，他们看到的世界大抵就和猫狗看到的差不多。
你可能已油然而生一种优越感了，原来越高等的动物视锥细胞越多，越能看到更丰富的世界。

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但鸟儿马上就来打你脸了：我们有四种视锥细胞，可以看到紫外线；
鸽子和蝴蝶：切！我们有5种；
皮皮虾：我12种，还能看到偏振光，我骄傲了吗？
扯得有点远了。
视觉是如何产生的？
视杆细胞和视锥细胞将感受到的光转化为神经信号，被视网膜上的其它神经细胞处理后，转变为视网膜神经节细胞的动作电位，通过视神经管传入大脑，导致视觉冲动，传送到大脑皮质的视觉中枢产生视觉。

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这里的关键就是动作电位的产生，光是如何导致动作电位产生的呢？
每个视锥细胞暴露在光线之下的部分，都充满了含有光敏分子的视蛋白，以及连接在一起的11-顺式视黄醛，两者一起组成视色素。
当有合适能量的光落在分子上时， 11-顺式视黄醛吸收光子后异构为全反式视黄醛，激活视紫红质，启动对大脑的神经脉冲，从而产生一系列下游反应形成视觉。

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到这里你可能已看到“我们为什么只能看到红色到紫色的光”这个问题的关键了，只有合适能量的光，能够在视网膜上实现11-顺式视黄醛的顺反异构，那么这些光的波长是多少呢？
顺反异构本质上是一种电子跃迁，这种跃迁比旋转跃迁和振动跃迁具有更高的能量，而典型有机分子的跃迁能只有几个ev量级。所以只要知道视觉化学效应中存在电子跃迁，我们就可以马上说，可见光谱的波长应该在几百纳米左右。

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那为什么恰好是400到700纳米呢？
这是11-顺式视黄醛的特定吸收光谱，而视黄醛是受视蛋白影响的，所以这个问题就变成，我们的视网膜是如何得到只吸收这个波长范围的视蛋白的？或者说，我们是如何得到这个波长范围内的感光分子的?