秋天颜色的隐藏警告

D.2014年秋天，一颗名为“Terra”的美国宇航局卫星在北美上空出现裂缝，参与了一些高空树叶偷窥活动。在那年9月拍摄的一张航拍照片中，橙色和红色的条纹浸透了绿色的风景，仿佛将地球点燃在一场无烟的火焰中。如果一个外星太空人碰巧看到这个一年一度的场景，它可能会误以为这是一个有意的信号——可能是战斗信号弹，或者是求救信号。另一方面，地球上的科学家长期以来都认为秋天的颜色只是一种巧合。一位植物生理学家在2000年写道:“这种生物化学上的挥霍……似乎对树木没有作用。”这与19世纪苏格兰生物学家马里恩·纽比金(Marion Newbigin)的观点相呼应。

但在20世纪90年代后期，牛津的一个进化的理论家威廉D.汉密尔顿建议，树木'充满活力的秋季色调确实是一个信号，意味着避开秋季产卵的寄生虫。他推理的行为必须是参与的结果，其中两个或更多种物种相互驱动彼此的适应。植物及其粉刷者是一种经典案例。“一朵花和蜜蜂可能会慢慢地或一个之后，以最完美的方式修改和适应彼此，”查尔斯达尔文写入物种的起源。花的变化导致蜜蜂的变化，这会导致花的变化......等等，直到最后，授粉的过程出生。

必须有一些原因，为什么有些垂死的叶子演进了五颜六色的秋天显示，而其他人则没有。

汉密尔顿建议秋天的色彩通过类似的路线演变。他认为，在遭受昆虫损伤的树种中，他认为，自然变化会产生一些具有更强防御 - 毒素的个体树木，或者糟糕的口味 - 以及巧合的叶子。其中一些树木'昆虫攻击者将进化到读取树木的彩色显示器作为警告标志和殖民化的沉闷，较少的树木。在这种情况下，最多色彩缤纷的树木和最聪明的虫子将是最有可能生存的，通过他们的基因及其行为。

汉密尔顿于2000年去世，但他的想法发表了近年，点燃了严肃的辩论。¹“该领域最初是对抗生态学家的反对植物学家，相互指责是白痴，”Marco Archetti（现在在England的East Anglia大学）记得，他帮助汉密尔顿模型作为本科的信号理论。现在，经过二十多年的收集证据和反击，推进论证并反驳他们，专家仍然没有达成共识。甚至archetti也承认理论并没有真正持有黄叶。但红色叶子可能只是适合汉密尔顿的叙述。血液和毒液的颜色和毒镖青蛙，红色可能就像秋天的叶子一样令人震惊，因为它到处都是其他地方。

E.科学教科书通常将秋季着色作为叶死亡的偶然副产品。落叶树在秋天落下冬季，为冬季做好准备，当冰冷的温度和较短的日子减少了它们能够从阳光下制造的化学能量。然而，在它的叶子下降之前，一种自同学 - 将分解叶绿素，绿色光合色素，营养成氮，它们被吸收到躯干中并储存春天。时间至关重要：如果树太早杀死了叶子，它会在阳光下射出来。如果它等待太长，它的绿叶将冻结，防止它吸收它们的营养素。

如果树木想要阻止食草昆虫，黄色叶着色是关于他们可以挑选的最糟糕的策略。

由于树木收获自己的叶绿素，其叶子中的其他颜料是未被掩蔽或合成的。例如，吸收紫，蓝色和绿灯，反射黄色和橙子。在春天和夏天，他们有助于光合作用，但由于它们的浓缩浓度不如叶绿素，而且它们的颜色是隐藏的。在秋天，树木可以慢慢吸收类胡萝卜素，如果有的话，允许它们的黄色和橙色的色调闪耀。花青素，在一些秋天的另一类颜料叶子，给叶子是一种红色，或有时紫色，色调。与类胡萝卜素不同，它们在生长季节期间不存在，而是在死亡过程中产生。

显然，颜色变化和叶丧为死亡密切相关。但是，汉密尔顿和弓箭岛的推理，他们不必。枫树和橡树展出辉煌的秋季色调，而其他气候的其他树木，如冷杉和云杉，常绿，连续落下叶子，全年不断发展。研究人员必须有一个原因，为什么有些垂死的叶子在其他人没有进化彩色秋天展示。

据他所说，随着汉密尔顿的鼓励，射频设定了使用博弈论创造了一种使用游戏理论的模型，“你最好的决定取决于其他参与者将决定的其他参与者。”例如，采取雄性孔雀的尾羽。博弈论表明，男性演变了大，五颜六色的尾巴，因为他们吸引了女性，但只有最适合的男性可以负担最闪现的展示，因为大尾巴使掠夺者更难逃脱。反过来，女性选择与最炫耀的男性交配，因为女性演变为将这种野生活语相信作为遗传强度的迹象。

阿切蒂认为，博弈论同样可以描述树和昆虫之间的进化对峙。正如雄孔雀必须“决定”要投入多少资源(如果有的话)来打造一条大尾巴，树木也必须“决定”要投入多少资源来打造一个秋天的奇观。与此同时，昆虫必须决定哪棵树是最好客的，就像雌孔雀必须决定哪棵树是最合适的伴侣一样。阿奇蒂认为，为了让秋天的颜色像孔雀的尾巴一样演变成一种可靠的信号，它们必须既有用又有负担。否则，树就会随意地显示它们，而消息也就失去了意义。²

V.验证阿切蒂的模型需要经验数据。在汉密尔顿去世之前，他和牛津大学的动物学家萨姆·布朗(Sam Brown)设法从科学文献中找到了支持他的证据。在他们2001年的论文中，他们描述了明亮的秋天色彩的生产是如何确实昂贵的，正如阿切蒂所预测的那样。一项研究表明，在落叶之前，挪威枫树吸收的类胡萝卜素不超过50%。汉密尔顿和布朗推测，失去的色素可以很好地用作一种能量来源，但却被当作一种警告信号而被丢弃，从而使树叶保持更长时间的黄色。他们认为，树木也会在初秋牺牲叶绿素来释放持续数周或数月的彩色信号，从而失去宝贵的光合作用时间。而制造新的颜色化合物的树木，包括花青素、荧光化学物质和光学增白剂，在这个过程中会消耗能量。

汉密尔顿和布朗还命名了一个昆虫家族，他们认为这些昆虫可能推动了一些树木秋天颜色的进化。蚜虫是全球温带地区常见的一种吸树液的害虫，它可以传播病毒，阻碍树木的生长，并使其体积减少多达三分之二。研究人员认为，因为蚜虫有时会在秋天迁徙并殖民新的植物，而这正是树叶变色的时候，它们可能已经进化到将这种变化解读为信号。更重要的是，一些蚜虫可以区分明亮和暗淡的色调，尤其是黄色，并偏爱更淡的色调。

然而，许多植物生物学家持怀疑态度。^3.他们指出，除了秋天之外的季节期间，蚜虫迁移，这表明他们的选择通常与颜色无关。批评者建议，树木在秋天期间将花青素和类胡萝卜素部署为防晒霜，当他们的叶子最容易受到环境条件导致的阳光损坏时。

一些专家认为，秋天颜色的演变，甚至是红色，与昆虫无关。

然后，在2007年，Humboldt大学昆虫愿景专家Thomasdöring，在柏林，一位同事们拿走了Hamilton和Brown，为他们对蚜虫颜色愿景的假设进行了任务。实验室研究与桃蚜表明，昆虫会“积极尝试自己proboscides钻入反映绿色至黄色光的表面，”DÖRING和他的合着者在日记中写道《公共科学图书馆•综合》。^4.如果黄色是让它们远离的信号，那么这些虫子就没有得到这个信息。在Döring自己的研究中，他发现黄光与绿光刺激蚜虫的感光细胞相同，这意味着蚜虫可能无法区分绿色和黄色的叶子。作者总结道:“如果树木想用颜色来阻止食草昆虫，那么把叶子涂成黄色大概是它们所能选择的最糟糕的策略。”

Archetti并不信服。他说服Döring合作进行一项实验，根据蚜虫在田间的行为，测试它们更喜欢哪种颜色。^5.在一片裸露的沙地上，研究人员将140个水菜肴设置为陷阱蚜虫，每种秋季颜色中的70种涂漆。当结果进来时，楣丝不得不承认他对黄色的错误：黄色菜肴吸引了比绿色更高的蚜虫。对于蚜虫来说，黄色似乎只是一个“超亮的绿色”，Archetti解释道。胡萝卜素被淘汰了共带理论游戏。然而，该理论仍然抑制了红色花青素：昆虫避免了红松陷阱。

T.他理想的考验汉密尔顿和楣的理论将是一个受控试验：服用两组红叶树，只暴露一组虫害，并为许多世代观察它们。如果红色是一个警告信号，那么您将期望这种特性从昆虫捕食的选择性压力中释放的树木人口中消失。当然，实验将是不切实际的 - 今天没有科学家会活着看到它的结局。然而，弓箭内发现了一个聪明的解决方法。

在2009年的论文中，他将野生苹果树的种群与他们的驯化亲属进行了比较，农民在2000年前开始繁殖。^6.昆虫仍然攻击家树，但人类控制树繁殖。树木是否避免昆虫侵染，因此它是否产生后代的含量远远较小。Archetti推出了，没有这种自适应压力，红色叶子最终会从苹果树中繁殖。实际上，这种进化逆转已经发生了：在中亚，甲师报道，叶子在62％的野生树木中变红，但只有39％的驯化。同样，他指出，亚洲的野生杏和核桃树往往会变成红橙，而欧洲的种植保持绿色或变黄。

根据楣的游戏理论模型，红松树也应该是对昆虫最有害的。Archetti通过观察40个苹果树的蚜虫菌落，用绿叶，40带黄色叶子和红色叶子来测试这一假设。臭虫在秋天结算树木，夏天，从绿叶菌落中大约三分之二的后代，从黄叶菌落中大约一半幸存下来。然而，在红叶菌落中，生存率仅为三分之一，表明红叶树的一些未知特征是干扰育种。2012年，新西兰的研究人员学习浅棕色苹果蛾，另一个苹果树害虫，表明红色叶子的饮食杀死蛾幼虫或显着减缓了他们的发展。^7.

尽管如此，一些专家仍然认为秋季颜色的演变，甚至是红色，与昆虫无关。“进化生物学家之间存在偏见，以将颜色视为视觉信号，”当佛罗里达州国际大学之前，曾经只是蜂窝流程的副作用，那么David Lee表示，David Lee表示，David Lee表示。其他专家不再看到争论点。“如果秋天的颜色有多个主要功能，那么如果秋天的颜色没有冲突，”东芬兰大学的生态学家Jarmo Holopainen说。凯文古尔德是新西兰的生态学家，同意。防止太阳损坏可能是“红色叶子演变的主要驱动力”，“但是颜料可能已经共选择了其他功能，”如阻止害虫。

汉密尔顿假设的一部分可能是其美学上诉。即使是超过100年前的Marion Newbigin也没有证据表明秋季着色是“最轻微的使用，”无法抵抗达尔文队在工作中的可能性。“然而，”她在1898年写道，“它经常表现出我们所习惯的美丽和完美，因为自然选择的行为而习惯的美丽和完美。”

布莱恩·加拉格尔是《浪漫的事实》的编辑鹦鹉螺博客。跟着他在推特上@bsgallagher。

参考

1.汉密尔顿，W.D. &布朗，S.P.秋天树颜色作为障碍信号。英国皇家学会学报B268，1489-1493（2001）。

2. Archetti，M。秋天色调的起源通过参与参与。论理论生物学205.，625-639（2000）。

3. Schaefer，H.M。＆Wilkinson，D.M.红色叶子，昆虫和参与：红鲱鱼？生态与发展的趋势19，616-618（2004）。

4. Chittka，L.＆Döring，T.F.秋天的叶子是蚜虫的红色信号吗？Plos一个生物学5.，e187（2007）。

5.Döring，T.F.，Archetti，M.和Hardie，J.秋叶通过食草动物眼睛看到。英国皇家学会学报B276，121-127（2009）。

6. Archetti，M.证据表明Apple的驯化是为了通过参数维持秋天的颜色。英国皇家学会学报B276，2575-2580（2009）。

7. Markwick，N.P.，等等。红叶苹果影响浅棕色苹果飞蛾的建立，增长和发展，Epiphyas postvittana.。昆虫学的实验146, 261 - 275(2013)。

本文最初发表于2015年8月的“暗物质”问题。