长得像口破锅，流的血比黄金还贵，这家伙儿凭什么？

mulunbo

你有没有想过，血液并不总是红色的？

在地球的生命画卷上，

还流淌着蓝色、绿色、紫色，

甚至如冰晶般透明的血液。

更奇妙的是，

这些血液的颜色还会在遇到氧气

时发生改变。

今天，让我们抛开对血液的固有印象，用孩童般的好奇心，去探索这些流淌在生命中的“彩虹”。它们每一种独特的色彩，都讲述着一个关于化学、演化与生存的精彩故事。

运送氧气的“分子出租车”


血液颜色的秘密，藏在一种名为呼吸色素的特殊蛋白质里。你可以把它想象成一辆辆运送氧气的“分子出租车”。我们最熟悉的血红蛋白就是其中的红色款。此外，自然界还有蓝色的“血蓝蛋白”、紫色的“蚯蚓血红蛋白”等多种型号。


这些“出租车”的核心部件是一个金属离子（通常是铁或铜），它负责抓住和释放氧气。当氧气“上车”或“下车”时，会引起整个分子结构的微小变化，从而改变它对光线的吸收方式。我们看到的颜色，正是它吸收了某些光之后，反射到我们眼中的“剩余”颜色。

三种主要呼吸色素的对比（从左到右依次是血红蛋白，蚯蚓血红蛋白，血蓝蛋白）

铁锈帝国：我们熟悉的红色血液


红色血液是脊椎动物世界的通用标准，其颜色源于血红蛋白。血红蛋白的颜色主要来自血红素这个结构本身。血红素是一个天然的“发色团”，其复杂的环状结构（卟啉环）使其能够吸收特定波长的光。在脱氧状态下，中心的亚铁离子（Fe2+）处于卟啉环平面之外，此时的血红素吸收光谱使血液呈现暗红色。


当与氧气结合后，铁离子被拉入卟啉环平面内，其电子状态也发生改变（更接近于一个Fe(III)离子与一个超氧根离子O2-的组合）。这个细微的结构和电子变化，会“微调”卟啉环对光的吸收特性，使其吸收蓝绿光，从而反射出我们熟悉的鲜红色。


因此，氧气的结合只是调节了血红素固有的颜色，而非创造了颜色。

血红蛋白氧合后的结构

为什么静脉看起来是蓝色的？

这是一个经典的视觉错觉！静脉中的暗红色血液本身并非蓝色。光线穿透皮肤时，波长较长的红光能穿透得更深，被血液吸收；而波长较短的蓝光则更容易被表层皮肤反射回来。因此，我们看到的其实是皮肤反射的蓝光，而非血液的真实颜色。


值得注意的是，血红蛋白相比于其他呼吸色素更小，具有强反应活性的血红素很容易暴露，使得它具有剧毒性。因此，在人体内，血红蛋白一般被封装在红细胞中。其中，血红素对一氧化氮的亲和力比氧气还要强，而人体将一氧化氮作为信号分子控制血压。因此，过量的游离血红蛋白会夺走血液中的一氧化氮，收缩血管，可能导致高血压和血流量降低。

红细胞

神秘的绿色


绿色血液在动物界极为罕见，其成因不止一种，恰好展示了演化的殊途同归。


故事一：血绿蛋白的“变身术”


在某些海洋蠕虫和水蛭体内，存在着一种血绿蛋白。它和血红蛋白是近亲，同样用铁来运氧。但它的血红素结构有一个微小的化学修饰（一个乙烯基被替换为醛基），这个“小改动”就足以让它的颜色变为绿色。有趣的是，它像“红绿灯”一样，在稀薄时是绿色，在高浓度下反而会显现出淡红色。

血绿蛋白氧合后的结构

故事二：绿血石龙子的“毒血”策略


生活在新几内亚的一种石龙子，血液、骨骼和肌肉都是鲜绿色，但它用的仍然是红色的血红蛋白！


这种绿色来源于一种名为胆绿素的物质。胆绿素是血红蛋白分解后的有毒产物（我们皮肤上的淤青变绿就是因为它），大多数动物会迅速将其代谢掉。

而这种蜥蜴却反其道而行，在体内大量积累高浓度的胆绿素，其浓度足以致死人类，但它却安然无恙。这种强烈的绿色完全盖住了血红蛋白的红色，科学家推测这可能是一种抵御寄生虫的生存策略。

蓝与紫：“从无到有”的色彩魔法


与血红蛋白不同，一些海洋生物的血液上演着“从无到有”的色彩魔法。


血蓝蛋白的“铜芯”方案


章鱼、鱿鱼、龙虾和鲎（hòu）等生物拥有蓝色的血液，这要归功于血蓝蛋白。它的核心金属是铜。


与血红蛋白不同，脱氧状态的血蓝蛋白是无色的。因为其活性中心的两个铜离子处于一价（Cu(I)），其d电子层是全满的（d10构型），这种状态的离子无法有效吸收可见光。


当氧气结合时，会发生一次真正的化学反应。两个Cu(I)离子被氧化为Cu(II)，同时氧分子被还原为过氧根离子（O22-）。这个新形成的[Cu(II)]₂-(O₂)2-复合物从无到有地创造了一个发色团。

血蓝蛋白

在这个新结构中，电子可以从过氧根“跳跃”到铜离子上，这个过程被称为配体到金属的电荷转移（LMCT）。这种电荷转移跃迁强烈地吸收了光谱中的红橙光部分，因此血液呈现出鲜明的蓝色。


血蓝蛋白虽然携氧效率不如血红蛋白，但在低温、低氧的深海环境中表现得更稳定，是这些“蓝色贵族”的完美选择。

鲎之“蓝金”

然而，鲎的蓝色血液远不止“好看”这么简单，它还是守护现代医学安全的一道至关重要的防线。这种看似不起眼的生物，是名副其实的“活化石”，在地球上已存在超过4亿年。


在鲎的蓝色血液中，有一种特殊的变形细胞。一旦遇到细菌释放的内毒素（一种能引发人体致命感染的剧毒物质），这些细胞就会迅速将毒素包裹、凝固，形成一道物理屏障。

鲎取血图

科学家利用这一特性，从鲎的血液中提取出一种名为“鲎试剂”的物质。在制药领域，任何需要注入人体的产品，从疫苗、注射剂到植入体内的医疗器械（如心脏支架、人工关节），在出厂前都必须通过鲎试剂的检测，以确保其绝对无菌。也正因如此，鲎的蓝色血液比黄金还要昂贵，被称为“蓝金”。这也引发了对鲎的过度捕捞和生存困境的担忧。




低调紫：蚯蚓血红蛋白的独特铁键


在一些穴居的海洋蠕虫和腕足动物体内，流淌着紫色的血液。它们的“出租车”是蚯蚓血红蛋白。


它虽然也用铁，但结构非常独特：用两个铁原子直接与蛋白质侧链结合来捕获氧气。与血蓝蛋白类似，脱氧状态的蚯蚓血红蛋白也是无色的。其活性中心由两个亚铁离子（Fe2+）构成，但没有血红素的卟啉环，无法有效吸收可见光。

蚯蚓血红蛋白

与氧气的结合同样是一次化学反应。两个Fe2+离子被氧化为三价铁（Fe3+），而氧分子被还原并获得一个质子，形成一个氢过氧根配体（-OOH）。这个新形成的Fe(III)₂-(-OOH)结构也通过LMCT跃迁产生颜色：电子从氢过氧根跃迁至铁离子，导致分子吸收特定波长的光，最终呈现出柔和的紫红色或粉红色。


它的效率不高，更像一个“氧气储存罐”，非常适合氧气浓度稳定但偏低的穴居生活。

幽灵血：南极冰鱼的生存极限


演化的想象力远超于此，最极端的例子莫过于南极冰鱼。它是已知唯一完全没有呼吸色素的脊椎动物，血液像水一样透明。

南极黑鳍冰鱼

这种“放弃治疗”的策略在别处是致命的，但在南大洋的极端环境中却成为可能。这里的海水常年接近冰点，溶解了大量的氧气，同时低温也让冰鱼的新陈代谢变得极为缓慢。


为了在没有“出租车”的情况下生存，冰鱼演化出了一套惊人的补偿机制：

• 一颗异常巨大的心脏和超高的血流量。
  
• 一个庞大、密集的血管网络，将血液送到身体的每个角落。
  
• 一身无鳞的皮肤，可以直接从富氧海水中吸收氧气。
  
• 血液中含有高效的“抗冻蛋白”，防止自身结冰。
  

冰鱼的无色血液，是一场在极端环境下的演化豪赌。它告诉我们，演化并非总是在追求完美，有时它会容忍一个“意外”，并围绕这个意外，构建出一套全新的、令人叹为观止的生存法则。

从我们熟悉的红色，到海洋中的蓝与紫，再到南极的透明，血液的每一种色彩，都是生命为适应这个星球多样的环境而精心调配的“化学配方”。它们共同绘成了一道绚丽的生命彩虹，展示着演化的无穷创造力。

参考文献

• https://sciencefocus.hkust.edu.hk/zh-hant/natures-palette-the-astonishing-spectrum-of-animal-blood-colors
  
• https://teachchemistry.org/chemmatters/february-2010/the-many-colors-of-blood
  
• https://www.compoundchem.com/2014/10/28/coloursofblood/
  
• https://www.scientificamerican.com/article/icefish-study-adds-another-color-to-the-story-of-blood
  
• Klotz I M, Klippenstein G L, Hendrickson W A. Hemerythrin: Alternative Oxygen Carrier: Nature has developed an effective transport protein with a binuclear iron center in place of a heme[J]. Science, 1976, 192(4237): 335-344.
  
• https://www.bilibili.com/opus/186459768866156436
  

编辑：Meyare

—じ☆ve人生—

小时候在海洋馆见过蓝色血液的章鱼，原来背后有这么多科学原理！

月光如水

人类为了自己的生存，就要让其它动物死？

hnn

蓝血贵族

疯了吧

取一部分不就行了吗，干嘛取那么多，杀鸡取卵，为了利益真无耻，

superjiaming

值得一看

酷狗e族

神隐之左手

真不奇怪!人平常沒注意感染某种细菌后!身体内部都改生变化!血可以变成綠色!

standme

即使再珍贵，一旦被人类盯上，就遭了活罪了

dsfgdsg

怎么不说取血后的鲎会怎么样了呢？现在海洋里还有多少鲎生存呢！看看在地球上生存这么久远的生物因为与人类有利很快就成濒临灭绝的生物了