瑞利散射:藏在身體裡的光學現象

2021-02-25 醫學生起飛MBX

陽光穿過樹葉間隙是丁達爾效應,晴朗青空是瑞利散射,白色積雲是米散射,彩虹是太陽分解的像~

靜脈血管流淌著暗紅色的血液,為什麼看起來是藍色?白種人的虹膜沒有藍色色素,為什麼也是藍色的呢?

這依賴於人腦的色覺形成機制,更與光學現象——瑞利散射有關。瑞利散射又稱分子散射,粒子尺度遠小於光波長時才會發生瑞利散射。高頻的短波光(藍光)發生散射更多,可見光中被物體吸收的藍光就更少,物體就會表現藍色。瑞利散射是一個大氣物理學名詞,它解釋了天空為什麼是藍色、海水為什麼是藍色。最常見的現象就是:一場雨過後,大氣中的粗顆粒物質被衝刷乾淨,大氣分子佔據優勢,可見光穿過時發生了更多的瑞利散射,天空就變得很藍很藍。同樣,瑞利散射對於血管和虹膜的藍色也同樣適用。

血管在皮下較深處,瑞利散射更明顯(散射的短波的藍光更多,血管吸收了更多的穿透力強的長波紅光,表現出的顏色就在藍、青綠之間)。拿紫癜(皮下出血)來說,皮下血管出血在較深處表現為藍色,滲到淺層散射的藍光更少,顏色更偏紅,整體顏色就表現為紫色(藍加紅)。

虹膜的綠色、黃色、綠色、藍色、灰色等顏色是靠不同色素形成的嗎?

並不是,虹膜的顏色取決於黑素細胞的數量、黑色素的含量,我們看到的藍色灰色綠色其實是光學現象而並不是虹膜本身的顏色。黑色素含量越少,眼睛顏色更偏向於藍色,含量越多,越偏向於褐色(這也能說明為什麼金髮碧眼白膚色常常同時出現)。   

結合瑞利散射的原理解釋起來就是:虹膜黑色素含量越多,吸收的可見光越多,顏色更偏向於褐色;而黑色素含量較少時,色素分子密度較小,吸收的光更少,反而發生了更多的瑞利散射,藍光就有機會被我們捕捉到(ps:當黑色素無法合成時,比如嚴重白化病患者的虹膜沒有黑色素可能會呈現出血管的顏色,也就是紅色)。簡單來說,白人的眼睛虹膜顏色本身並不是藍綠灰,只是沒有那麼黑,加上瑞利散射的現象就表現出藍色。

一萬年前的英國古人(藍色眼眸)

北歐人在白色天地裡進化出了淺色的外表(類比北極狐、北極熊、哈士奇), 黑素細胞更少。黑素細胞的數量與基因OCA2有關,但是OCA2表達強度會受到許多修飾基因的影響,比如HERC2。HERC2的內含子發生突變,會影響下遊基因OCA2表達,這一突變最早可能在一萬年前就出現了,並藉助環境因素被保留了下來(也就是進化),就有了今天的藍眼睛的白種人。

七千年前的西班牙人還

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