生物學家眼中，自然界的藍色以稀有而聞名。除了鳥類、昆蟲、花卉、海洋生物，還有一些人類的眼睛，藍色無處不在。但是，為什麼說藍色很稀有呢？
生物實際上很難製造藍色的色素。你看到的許多自然藍色實際上是使用結構色構成的，這種微觀結構會將顏色反射回我們的眼睛。但藍色色素是一個完全不同的概念。
色素是選擇性吸收和反射可見光的分子，它們的顏色來自分子結構。因此，要了解為什麼天然藍色色素如此稀少，我們需要同時討論生物學和物理學。
色素為什麼會有顏色
製造藍色色素的很多問題首先歸結為分子如何具有顏色。分子透過反射和吸收不同種類的光來獲得顏色。如果它主要反射紅色，則它是紅色的。如果它反射一切，那就是白色。如果它吸收了所有東西，它就是黑色的。要了解自然的藍色，我們需要更深入的瞭解分子結構。
因此，想象一個分子，其中多個原子以化學鍵的形式共享電子。這些電子通常以基態存在，具有一定的能量，而且它們往往很難逃逸。但是，如果你給它提供一些能量，就像電子吸收光子，電子可以躍遷到更高層級，這就是所謂的激發態。
但物理學中有一個奇怪的規則，當電子吸收光時，只有當它吸收的能量恰好足夠進行層級躍遷，才能被激發。如果能量太多或太少，光子都會被分子反射。
這就是為什麼不同的東西是不同顏色的原因。分子具有各種不同的能級，不同顏色光的光子具有不同的能量。波長越短，越接近藍色，則能量越大；反之，能量則越小。所以，分子的結構非常重要，分子的結構決定其具有的能級。如果它的電子只能用高能光跳到激發態，它就會吸收藍色；反之，如果它需要吸收低能量的光，它就會吸收紅色。
藍色色素為什麼難獲得
總體上，生命體更容易製造吸收藍光的分子。然而，非生物卻可以輕易獲取藍色。比如，自然界很多礦物，透過複雜的晶體結構或新增銅和鈷等元素來獲取藍色。當我們生產染料油漆時，我們也會透過新增相應元素來獲取藍色。然而，生命體通常以碳元素為基礎。要製造有機的藍色色素相對於無機物會更加困難，其結構會更加複雜。
有機物的結構通常是長鏈或環狀，並且某些排列允許電子在整個鏈中移動。這種排列被稱為共價鍵。隨著共價鍵的數量增加，分子能態之間的能量減少。這意味著將電子提升到激發態所需的能量更少，因此分子將吸收能量較低的紅色並反射藍色。所以當分子共價鍵越多時，分子就越藍。
同時又產生了其它問題，能夠做到這一點的分子很難長期存在。部分原因可能是，這類分子非常大而且形狀怪異，同時電子之間相對較短的間隙也可以使這些分子更容易與周圍漂浮的其他分子發生反應，破壞所有共價鍵並破壞色素。所以獲取有機的藍色色素很困難，但也不是不可能。
自然存在的藍色色素
我們身體可以給出第一個答案——肝臟。動物，包括我們人類的肝臟會分泌一種接近藍色的膽色素，它被稱為膽綠素，是一種藍綠色的膽色素。膽色素是一種化合物，有多種型別，都是由其他化合物分解而成，通常在肝臟或脾臟中。膽色素有各種顏色，包括紅色、黃色和藍色。雖然膽綠素不是正藍色，但它確實給生物帶來一些顏色，比如鳥蛋、蝴蝶翅膀和部分珊瑚。
現在，我們嘗試從植物身上尋找藍色色素的蹤跡。植物可以製造一種叫做花青素的色素。這些是在藍色花朵中發現的色素。但不出所料，它們也非常不穩定。
花青素正常工作需要非常特殊的環境，特定的PH值，同時需要避免與其他有害物質接觸。因此，為了保持它們的穩定，植物必須將它們放入花細胞的液泡內。植物僅需要維持液泡內的環境穩定即可。不幸的是，如果你從花中提取出花青素，它們往往會很快失去顏色。
但是有一種很好的解決辦法，那就是色蛋白。色蛋白由色素和蛋白質組成，是有顏色的蛋白質。花青素和膽綠素不是蛋白質，它們只是複雜的分子，但從體積上看，它們要比色蛋白小得多。色蛋白由氨基酸鏈組成，是比花青素、膽綠素更大、更復雜的分子。
生命體產生最顯著的藍色色蛋白可能是血藍蛋白，這是一些無脊椎動物用來在血液中攜帶氧氣的分子，相當於我們的血紅蛋白。產生這種差異的原因是金屬離子。血藍蛋白有一個銅離子，而血紅蛋白則是鐵離子。例如，馬蹄蟹的血液中含有血藍蛋白，呈美麗的淡藍色。
在龍蝦殼中發現了色蛋白的另一個例子。兩個紅色的蝦青素分子粘連在一起，然後與蛋白質結合生成 β-甲殼藍蛋白，該蛋白沉積在龍蝦的外骨骼中，使龍蝦呈現藍色。蛋白質與色素形成微弱的化學鍵，其作用有點像共價鍵，因為它們降低了正常紅色蝦青素中電子躍遷所需的能量，從而使複合物呈藍色。
有趣的是，這也是烹飪龍蝦時會變紅的原因。當蛋白質部分加熱並分解時，蝦青素從蛋白質中釋放出來，螃蟹也有類似的情況，一些軟體動物和水母中也存在其他藍色色蛋白。
總結
與色素分子相比，結構色分子的製作成本更低且更穩定。色素分子會因為吸收陽光，破壞共價鍵而褪色，但結構色則不需要擔心。考慮到產生藍色色素的困難和結構色的優勢，在進化過程中，生物更有可能偶然進化出藍色結構色而不是藍色色素，亦或者是其他顏色的色素。所以，科學家才會認為藍色如此稀有。
