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채색은 색소나 구조적인 특징에 의해서 나타나며, 여러 생태학적·생리학적 기능을 한다.

빛을 반사하거나 전달하는 생물조직의 색소를 생물색소라고 한다. 어떤 개체의 구조적 특징, 즉 줄무늬나 작은 면(面)과 같은 초현미경적인 구조에 의해 만들어지는 색을 구조색상이라고 한다. 생물의 채색은 유전적으로 결정되고 대개 다른 개체들을 유인하거나 쫓아내는 기능을 하기도 하며 포식자나 피식자에게 보이지 않도록 자신을 숨기는 역할도 한다. 채색은 또한 태양 에너지를 흡수하거나 반사하여 체온의 균형을 유지할 뿐 아니라 광합성과 같은 생화학 반응에도 중요한 역할을 한다.

구조색상은 입사광을 반사하거나 분할 또는 산란시킴으로써 생긴다.

미세하게 분리된 물질들 사이에 있는 아주 작은 공간에 의해 전체 빛 스펙트럼이 반사되어 꽃잎이나 깃털·모피·털 등이 하얗게 보인다. 빛의 성분색으로 분할하는 현상인 간섭현상은 아주 얇은 막을 통해 계속하여 반사될 때 생기는데 이로 인해 공작의 깃털이나 몇몇 곤충의 날개, 그리고 진주에서처럼 현저한 무지개빛이 생기게 된다. 눈이나 여러 깃털처럼 푸른빛이 나도록 하는 빛의 산란은 작은 공기방울 또는 떠다니는 입자가 보다 짧은 파장인 청색광을 분산시키고 아래층의 암색소에 의해 나머지 색이 흡수될 때 일어난다.

종종 색소가 어떤 구조의 아래나 위에 있어서 그 구조의 색을 더 짙게 하며, 이 경우 두 요인이 함께 작용하기도 한다. 예를 들어 어류와 양서류·파충류가 띠는 녹색은 청색이 황색소층을 통해 산란됨으로써 나타나는 경우가 가장 많다.

종종 질소의 유무에 따라 분류되는 유기화합물인 생물색소는 빛을 선택적으로 흡수함으로써 색을 나타낸다. 색소 분자들은 특정 범위의 파장을 흡수하고 흡수되지 않은 빛은 반사시키는데 그들 중 많이 반사된 파장이 색소의 색을 결정짓는다. 많은 생물색소들은 생화학 반응에 촉매 역할도 하고 광합성이나 비타민 A의 생성과 같은 물질대사 과정에도 매우 중요한 역할을 한다.

비질소성 색소에는 카로티노이드계·퀴논계·플라보노이드계가 있는데 동물은 이 색소들을 합성하는 식물을 섭취해야만 이 색소들을 가질 수 있다. 노란색·주황색·붉은색 색소를 나타내는 카로티노이드는 거의 모든 생물에 있다. 비타민 K를 포함하는 퀴논 화합물은 식물과 그 식물을 먹는 동물에게 노란색·주황색·붉은색·자주색·녹색을 띠게 한다.

많은 꽃의 꽃잎에서 볼 수 있는 노란색, 낙엽의 진홍빛, 홍당무의 붉은색을 나타내는 플라보노이드 화합물은 여러 농작물의 무기염류 결핍증에 대한 지표로서 중요한 역할을 한다. 질소 함유 색소에는 포르피린계·인돌계·플라빈계가 있다. 포르피린계 중 가장 중요한 것은 식물의 광합성에서 필요한 에너지를 전환해주는 암녹색 색소인 클로로필과 많은 동물의 혈액에서 발견되는 것으로 조직에 산소를 공급해주는 적색소인 헤모글로빈이다.

인돌 색소에는 멜라닌과 인디고이드가 있다. 갈색빛이거나 검은 빛을 띠는 색소인 멜라닌은 모든 인간의 피부에 있는데 특히 흑인에게 가장 많고, 많은 동물의 여러 조직에도 존재하여 자외선으로부터 피하조직을 보호해준다. 많은 식물에서 볼 수 있는 인디고이드에는 푸른 염료를 만드는 데 사용되는 인디고와 붉은 보라색의 염료를 만들기 위해 해양 달팽이류에서 추출되는 티리언 퍼플(Tyrian purple)이 있다.

여러 종(種)들은 채색과 관련된 적응 메커니즘을 발달시켜왔다.

보호색은 곤충이 나뭇가지를 흉내내거나 해양 동물들이 바위나 산호를 모방하는 것처럼 모방적이기도 하고, 카멜레온의 색변화나 표범과 사자의 위장색처럼 주변 환경과 비슷하게 하여 몸을 숨기는 데 이용되기도 한다. 특히 어류들 가운데는 색상이 그것의 원래 모습을 가리거나, 화려하거나 교란된 환경에서 포식자가 잘 알아볼 수 없도록 자신의 외형을 교란시킬 수도 있다. 채색이용에 대한 또 하나의 예로 자신의 집단에 속한 다른 구성원이나 다른 종을 유인하거나, 포식자나 도전자에게 위협을 주고 쫓아버리기 위해서 자신을 아주 눈에 잘 띄게 만드는 것이 있다.

곤충과 같은 동물들이 유성생식에 필요한 꽃가루를 전달해주는 꽃피는식물들은 꽃가루받이 매개자를 유인하기 위해 어떤 것은 자외선에서만 볼 수 있는 밝고 아주 복잡한 무늬를 가지고 있다. 어떤 어류와 곤충들은 배우자를 유인하고 종을 구분하기 위해 생물발광을 하며 많은 척추동물들은 배우자를 유인하기 위해 화려한 구애색이 발달했는데 노란색·붉은색·검은색과 같은 화려한 빛깔을 띠는 개체들은 외견상 그 개체가 독이 있거나 가시 또는 다른 방어수단을 가지고 있다는 것을 알려준다(광고채색). 짧은 주기의 채색변화는 색소를 모으거나 분산시켜 채색을 조절하는 구조인 색소포에 의해 일어난다.

색소포는 많은 어류와 갑각류·도마뱀·연체동물·양서류, 그리고 곤충에서 볼 수 있다. 문어와 오징어, 갑오징어는 가장 빨리 색을 변화시킬 수 있고 많은 해양동물들은 흥분하거나 위협을 받으면 자신을 보호하기 위해 색소액(먹물)을 내뿜을 수 있다. 많은 생물들은 또한 계절에 따라 채색을 변화시키기도 하는데 여름에 모피가 갈색이었다가 겨울에 흰색으로 변하는 여러 산토끼처럼 환경의 계절적 변화에 조화를 이룬다.

이는 또한 여러 어류와 조류에서처럼 계절에 따른 생식과 번식의 영역확보와도 관련된다. 다른 동물들은 나이에 따라 채색변화를 한다. 예로서 어린 조류의 깃털은 나이가 듦에 따라 성체의 채색을 따르게 된다. 생물학적 채색은 역사적으로 인간에게 매우 중요시되어 왔는데 상업적 염료는 고대부터 식물과 동물에서 만들어져왔으며 채색과 그 성질에서 유전학과 진화를 이해하는 데 최초의 실마리를 얻을 수 있었다.

또한 채색을 통해 농작물의 병해를 진단하여 농작물의 수확을 증가시켰고 군사적 위장 전술의 발달도 동물에서 본뜬 것이다. 인간의 색에 대한 심미적·감정적인 반응도 생물학적인 토대를 가짐에 따라 미술과 디자인의 여러 분야도 생물학적 채색과 밀접하게 연관되어 있다.