眼睛，不僅僅是感受器

毋庸置疑，對(duì)于感受外界信息而言，眼睛是極為重要的器官。通過(guò)這扇心靈的窗戶，我們能更深刻感受到大千世界的美妙。聊過(guò)了眼鏡、理療鏡之后，我們還是來(lái)看看眼睛自己的故事吧。

眼睛的進(jìn)化過(guò)程

眼睛長(zhǎng)在動(dòng)物身上雖然不稀奇，但要知道，并不是所有的動(dòng)物都有如人類一樣復(fù)雜的眼睛，它的樣子也不是一蹴而就，其發(fā)展經(jīng)過(guò)了漫長(zhǎng)的歷程。

時(shí)間得推至6億年前的寒武紀(jì)時(shí)期，大約在那個(gè)時(shí)候，眼睛開始了它的文明進(jìn)化之旅——出現(xiàn)了能感受光的生命體。比如在眼蟲藻鞭毛基部附近的紅色眼點(diǎn)，就是一塊光感受細(xì)胞，憑借著這個(gè)能夠感受光的點(diǎn)，能順利地找到光線充足的地方進(jìn)行光合作用。

最初的眼睛非常原始，只是一個(gè)由感光細(xì)胞聚集而成的“眼點(diǎn)”，正是依靠它，低等動(dòng)物才有了初步辨別明暗的能力。漸漸地，“眼點(diǎn)”開始凹陷，使得感光面積增加了。這樣的變化不僅能避免感光細(xì)胞受到傷害，還能提高視準(zhǔn)確度——從此眼睛便能辨別來(lái)自不同方向的光啦！而隨著凹陷越來(lái)越深，最終形成了一個(gè)半球的形狀，直觀點(diǎn)說(shuō)就是一只縮小版的“碗”。

接下來(lái)，“碗口”開始收縮，并且“碗里”裝滿了透明的膠狀物質(zhì)，其目的是防止異物進(jìn)入眼睛，保護(hù)感光細(xì)胞，同時(shí)使眼睛的形狀得到固定。而在隨后的發(fā)展過(guò)程中，“碗口”收縮得越來(lái)越小，出現(xiàn)了球形的如同針孔相機(jī)一樣的眼睛，光線通過(guò)小孔投射到球內(nèi)壁的感光細(xì)胞上。

出于進(jìn)一步防止異物進(jìn)入，保護(hù)眼睛的目的，“針孔”前發(fā)展出一層透明的保護(hù)膜。而后這層膜越來(lái)越厚，形成了最初的晶狀體。晶狀體的出現(xiàn)，讓眼睛視野變得更加寬闊。改變晶狀體中蛋白質(zhì)的比率還可以糾正視差，讓視覺(jué)效果好起來(lái)。再之后，晶狀體的正前方形成角膜和虹膜，前者保護(hù)眼球，而后者能改變“光圈”的大小控制進(jìn)入眼睛內(nèi)的光線量，防止過(guò)強(qiáng)的光線灼傷感光細(xì)胞。經(jīng)過(guò)如此復(fù)雜的變化之后，人類這扇心靈的窗戶終于誕生了。

相機(jī)型眼和復(fù)眼

人眼屬于典型的相機(jī)型眼，晶狀體就好比相機(jī)的鏡頭，而感光細(xì)胞鋪成的視網(wǎng)膜就如同底片，接受來(lái)自同一個(gè)鏡頭的信息。視網(wǎng)膜中視桿細(xì)胞負(fù)責(zé)感受光亮度，而視錐細(xì)胞負(fù)責(zé)感受色彩。外部的視覺(jué)信息經(jīng)過(guò)晶狀體投射到視網(wǎng)膜上，感光細(xì)胞將這些刺激轉(zhuǎn)變?yōu)樯窠?jīng)信號(hào)傳遞給大腦，經(jīng)過(guò)大腦的處理，我們便看到了這個(gè)世界！

都說(shuō)眼睛大的才是萌系生物，那么你有沒(méi)有仔細(xì)近距離觀察過(guò)螳螂、蒼蠅那突出的大眼睛呢？類似它們的這種眼睛叫做復(fù)眼，普遍存在于昆蟲的成蟲、蜘蛛或者甲殼綱的節(jié)肢動(dòng)物中。復(fù)眼由千百個(gè)小眼組成，每只小眼如同一個(gè)鏡頭獨(dú)立地接收?qǐng)D像。對(duì)于昆蟲這類體積本就不大的動(dòng)物而言，弧形突出的眼睛具有相當(dāng)大的優(yōu)勢(shì)，它能讓視野變得更加廣闊，獲得更大的空間分辨率。并且，小眼在接受光刺激后恢復(fù)可再一次接受光刺激狀態(tài)的速度很快，因此復(fù)眼對(duì)運(yùn)動(dòng)的物體非常敏感。

但是復(fù)眼所能看到的世界卻是十分模糊的，因?yàn)閱蝹€(gè)小眼無(wú)法獨(dú)立成像，只能探測(cè)光線的有無(wú)。復(fù)眼動(dòng)物所看到的影像實(shí)際上是由眾多單眼提供的信息組成，而拼接起來(lái)的圖像如同打過(guò)馬賽克一般分辨不清。

眼睛的仿生學(xué)應(yīng)用

簡(jiǎn)單地說(shuō)，仿生學(xué)是模仿生物器官而建造技術(shù)裝置的科學(xué)。在進(jìn)化的過(guò)程中，發(fā)展出了各式各樣的眼睛，其特點(diǎn)各不相同，當(dāng)然也就提供了眾多的絕佳模仿對(duì)象。

蠅眼透鏡——在這場(chǎng)模仿秀中，最耀眼的主角當(dāng)屬?gòu)?fù)眼。蒼蠅的復(fù)眼由眾多小眼組成，呈半球形。一個(gè)物體透過(guò)復(fù)眼呈現(xiàn)出來(lái)的是許許多多相同的倒像。根據(jù)這一特點(diǎn)，人們?cè)O(shè)計(jì)出了蠅眼透鏡，用小的光學(xué)透鏡或者更加纖細(xì)的玻璃纖維透鏡這些“小眼”共同組成一個(gè)“大眼”。使用這種透鏡能一次拍出成百上千張的照片，在大量重復(fù)圖像的印刷制版上非常有用。

宇宙射線探測(cè)器——探尋宇宙高能射線是物理研究中的一個(gè)重大項(xiàng)目，但是普通的單個(gè)探測(cè)器的有效范圍十分有限。宇宙射線本來(lái)就難以捕捉，再加之儀器不給力，能探測(cè)到高能宇宙射線的幾率就更加小了。為了解決這一問(wèn)題，1981年，一組名為“蠅眼”的高能宇宙射線探測(cè)器在美國(guó)猶他州的荒漠中落地。它模仿蒼蠅小眼的排列及連接方式，將67組共880個(gè)光電倍增管“小眼”的視野相互搭連，極大地?cái)U(kuò)大了監(jiān)視范圍。有了它“看清”整個(gè)天空簡(jiǎn)直不在話下，力求將漏網(wǎng)之射線減到最少。

夜視儀——夜里貓頭鷹的眼睛總是炯炯有神，所以它適合在夜間工作。事實(shí)上，它們眼睛中用于感受光線的視桿細(xì)胞所占比例非常高，即使在較弱的光線下，收集視覺(jué)信息的能力也相當(dāng)強(qiáng)。根據(jù)這一特點(diǎn)，仿生學(xué)家們制造了夜視儀。這種儀器由3部分構(gòu)成：光收集器、信號(hào)增強(qiáng)器、熒光屏。光收集器收集物體表面微弱的反射光，將其轉(zhuǎn)化為電信號(hào)。信號(hào)增強(qiáng)器通過(guò)增加電壓等方式放大電信號(hào)，而這些被放大的電信號(hào)最終被投射到熒光屏上形成清晰的圖像。但是，說(shuō)到底夜視儀還是需要依靠物體反射的光線，受天氣等外部條件的影響比較大。為了彌補(bǔ)這一不足，依靠熱成像原理的夜視儀出現(xiàn)了。因?yàn)槿魏螠囟雀哂诮^對(duì)零度的物體表面都會(huì)產(chǎn)生紅外輻射，這種夜視儀的工作原理正是接收物體發(fā)出的紅外線輻射，從而獲得其視覺(jué)信息。

電子蛙眼——蛙眼能很快地發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)的物體，而對(duì)靜止的物體“視而不見(jiàn)”。這是因?yàn)橥苎塾?類特殊的視網(wǎng)膜神經(jīng)細(xì)胞，只對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的某個(gè)特征產(chǎn)生反應(yīng)，比如顏色、目標(biāo)反差、凸起邊緣、邊緣敏感、四周邊緣等。5個(gè)“圖層”疊加出來(lái)的物體圖像，不僅具有顏色，輪廓更是突出分明。人們制造的電子蛙眼正是借鑒了這一點(diǎn)。在軍事作戰(zhàn)上，它能迅速地發(fā)現(xiàn)諸如導(dǎo)彈等高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)，以便實(shí)施攔截。

除此之外，還有電子鷹眼、偏光天文羅盤、人造視網(wǎng)膜等，都是眼睛仿生學(xué)的產(chǎn)物。