動(dòng)物眼中的世界

杭蘇

假如給你安上一對(duì)其他物種的眼睛，準(zhǔn)保讓你“大開眼界”。因?yàn)閯?dòng)物看到的世界和我們看到的并不一樣！我們要明白，物體本身并沒有自帶特定的顏色，物體的色彩取決于它釋放或反射、再被布滿視網(wǎng)膜的視錐細(xì)胞捕捉到的光線。

黑白還是彩色？

假如你擁有一雙狗的眼睛，那你的世界從此將變得暗淡無光。因?yàn)榇蠖鄶?shù)哺乳動(dòng)物的視網(wǎng)膜只有兩種視錐細(xì)胞，分別捕捉藍(lán)光和綠光。所以狗的大腦只能混合藍(lán)色和綠色，產(chǎn)生的顏色比人類少得多。事實(shí)上，狗看到的是一個(gè)藍(lán)色、綠色、黃色（彩虹光譜中排在綠色后面的顏色）的世界。人類看到的“紅色”物體在它們眼中呈現(xiàn)為黑色、灰色或深綠。昆蟲、鳥類、爬行類卻能看到我們?nèi)祟悷o法感知的色彩！因?yàn)樗鼈兊囊曞F細(xì)胞能捕捉到紫外線，它也是太陽(yáng)光的一部分，只是我們的眼睛無從感知。

在動(dòng)物世界里，由于自然選擇，生物都有獨(dú)特的適應(yīng)生存環(huán)境的眼睛，比如貓頭鷹專門在夜間覓食。蜻蜒的復(fù)眼具有偏振光成像技術(shù)，能在高速飛行的過程中準(zhǔn)確地檢測(cè)出水面上空飛舞的小蟲。狐貍的瞳孔是上下長(zhǎng)、左右窄，因?yàn)樗枰辞逅戏胶拖路降臇|西，比如樹叢里的一只鳥、草地里的一只雞。馬的瞳孔是左右寬、上下扁，像一個(gè)平放著的紡錘體。由于馬大多生活在開闊的草原上，這種左右寬上下扁的瞳孔能夠幫助它們老遠(yuǎn)發(fā)現(xiàn)捕食者的蹤跡。貓的眼睛一日三變。在白天強(qiáng)烈的陽(yáng)光照射下，它的瞳孔可以縮得很小，像線一樣細(xì);在黃昏中等強(qiáng)度照射下，瞳孔又會(huì)變成棗核般形狀;在晚間昏暗的條件下，開放得像滿月那樣圓。

視力冠軍的眼睛

讓我們變成猛禽振翅高飛吧。你現(xiàn)在就是在2000米高空翱翔的楔尾雕。那里的風(fēng)景更好，也更容易發(fā)現(xiàn)獵物……楔尾雕雙眼位于腦袋兩側(cè)，擁有開闊的視覺。你看見的不是前方的景色，而是略微偏下。右眼能提供開闊的右側(cè)視野，左眼則是左側(cè)視野。

昆蟲不如人類看得遠(yuǎn)。事實(shí)上，物體離得越遠(yuǎn)，看上去就越小，越是需要敏銳的視覺將其從周圍環(huán)境中辨別出來。蜜蜂看不見1.2米之外的老鼠。而我們?nèi)祟惛糁?50米（3個(gè)足球場(chǎng)）也能看見！而有些物種做得更好。楔尾雕的視力是人類的2.5倍，能分辨出枯樹上的一根根樹枝、農(nóng)場(chǎng)上的窗戶、沙漠中的荊棘。如果我們有它的視力，那就能從850米（3座埃菲爾鐵塔的高度）的高塔上看見人行道上的一只老鼠。

猛禽為何具備如此出色的視力？這關(guān)系到眼睛的尺寸，草原雕的眼睛在身體中的占比是人類的3倍！這導(dǎo)致其視網(wǎng)膜——也就是成像的屏幕——距離“透鏡”瞳孔更遠(yuǎn)。屏幕越往后退，形成的圖像也就越大。同樣距離下，這種“變焦”效果讓猛禽看到的物體比人類看到的大，圖像還更清晰！因?yàn)槊颓莸难劬袛?shù)量難以置信的感光細(xì)胞。人類的眼睛每平方毫米最多有10萬(wàn)個(gè)，老鷹大約是人類的3倍。它們當(dāng)然能抓到更多細(xì)節(jié)，比如在2千米之外覺得自己很安全的一只兔子。

無論是人類還是動(dòng)物都無法在完全黑暗的條件下看清東西。因此，在夜晚昏暗的光線下，眼睛需要盡可能多地捕捉并充分利用光。這個(gè)工作主要由視網(wǎng)膜上的視桿細(xì)胞完成。視桿細(xì)胞對(duì)光敏感，但對(duì)顏色不敏感，它們也可以感知運(yùn)動(dòng)。人類每只眼睛約有1.25億個(gè)視桿細(xì)胞。許多夜行性動(dòng)物或者晚上活躍的動(dòng)物都有異常大的眼睛。例如菲律賓眼鏡猴，這種小小的夜行性靈長(zhǎng)動(dòng)物的眼睛是所有哺乳動(dòng)物中占身體比例最大的。如果人類擁有菲律賓眼鏡猴那樣等比例的眼睛，那么我們的眼睛會(huì)有柚子那么大。大眼睛可以幫助收集更多的光，使菲律賓眼鏡猴擁有超凡的夜視能力。

貓、鹿等動(dòng)物的眼睛似乎可以發(fā)光，這是因?yàn)樗鼈兊囊暰W(wǎng)膜后面有額外一層像鏡子一樣的膜。這層膜能將光線再次反射到視網(wǎng)膜上，在昏暗的環(huán)境中有更多光到達(dá)視網(wǎng)膜，眼睛能看得更清楚。我們通過這些動(dòng)物的瞳孔可以看到這層膜。

色彩與視覺

黑兔子的眼睛是黑色的，灰兔子的眼睛是灰色的，那么小白兔的是什么顏色呢？小白兔的眼睛是透明的?？雌饋硎羌t色是因?yàn)樾“淄醚劬锏难z（毛細(xì)血管）反射了外界光線，所以透明的顏色看起來是紅色的。光與顏色是密不可分的，白色的光其實(shí)是光譜中所有顏色的光混合在一起的。用三棱鏡很容易就可以看出來白色的光會(huì)被分解成一道彩虹。光以波的形式傳播，不同波長(zhǎng)的光顏色不同。有些波長(zhǎng)的光人類可以看到，有些人類看不到，許多動(dòng)物能看到我們看不見的光。光的另外的兩種現(xiàn)象：反射和被吸收，使物體呈現(xiàn)出某種顏色。黃色的T恤吸收除了黃光之外所有的光，并把黃色光反射回來。當(dāng)你看著它的時(shí)候，反射回來的黃色光就進(jìn)入到你的眼睛。要看到顏色不僅僅需要光，視網(wǎng)膜中也存在色彩敏感的視錐細(xì)胞。人類的視錐細(xì)胞對(duì)紅色、綠色、藍(lán)色的光波最敏感。人類的每個(gè)視網(wǎng)膜中含有大約700萬(wàn)個(gè)視錐細(xì)胞。光波沖擊視錐細(xì)胞并引起相應(yīng)的反應(yīng)，然后視錐細(xì)胞把顏色信息傳遞給大腦。大腦將紅色、綠色、藍(lán)色的光信息相對(duì)數(shù)量綜合起來，這樣眼睛就可以看到超過三種顏色了。

有一些動(dòng)物有其他類型的視錐細(xì)胞，因此可以用與人類不同方式去看事物。例如，蜜蜂可以看到人類看不到的紫外光在花朵上形成的顏色和圖案。這些顏色和圖案增加了蜜蜂找到花蜜的機(jī)會(huì)。又如巨烏賊，完全沒有視錐細(xì)胞，但它擁有更多的視桿細(xì)胞，幫助眼睛在黑暗的海底獲得盡可能多的光。

蔚藍(lán)大海灰蒙蒙

那人類以及大多數(shù)靈長(zhǎng)類又是怎么擁有三色視覺的呢？那是因?yàn)樵谶M(jìn)化過程中，靈長(zhǎng)類的某些樹棲祖先因?yàn)榕既坏耐蛔儷@得了看見紅色的能力。這可是一個(gè)巨大優(yōu)勢(shì)！有了紅色感光細(xì)胞，就能將綠色和紅色、橙色或玫瑰色區(qū)分開，從而在一片綠色植被中找到果實(shí)，挑出最熟的那些，或者發(fā)現(xiàn)營(yíng)養(yǎng)更豐富的嫩芽，因?yàn)槟垩靠偸菐c(diǎn)紅色。能輕而易舉找到食物的人當(dāng)然吃得更好，因而紅色視錐細(xì)胞得以保留，現(xiàn)今的我們才擁有了瑰麗人生！海豹、鯨、海豚、海豹、海象就沒有人類那么幸運(yùn)，它們把藍(lán)色視錐細(xì)胞弄丟了！科學(xué)家認(rèn)為，海洋哺乳動(dòng)物的祖先生活在江河、或近海富含有機(jī)物質(zhì)（植物和動(dòng)物尸體降解產(chǎn)生）的渾濁水體中。那些顆粒能吸收藍(lán)光，所以這些動(dòng)物的藍(lán)色視錐細(xì)胞變得多余，于是就退化了。它們的一些后代（鯨類、海豹）后來在海洋中開枝散葉;只擁有綠色視錐細(xì)胞，它們看到的大?？刹皇俏覀冄壑械奈邓{(lán)色。

它們也無法分辨各種綠色！大腦如要生成某種顏色，它必須比對(duì)至少兩種感光細(xì)胞提交的數(shù)據(jù)。所以，海洋哺乳動(dòng)物看到的是灰蒙蒙一片，它們只能感知到光線強(qiáng)弱的變化。比起在色彩方面花功夫，它們的眼睛倒是發(fā)展出了一套在黑暗中看得更加清晰的機(jī)制。

形形色色的眼睛

馬的眼睛比大象的眼睛還要大;鴕鳥的眼睛比它的大腦大，直徑足足有5厘米;鴿子擁有很好的色彩視覺;倉(cāng)鼠大多數(shù)時(shí)間眨眼只眨一只眼;人類可以區(qū)分700萬(wàn)種不同的顏色，但是壁虎識(shí)別顏色的能力是人眼的350倍。變色龍的眼睛可以一只向前轉(zhuǎn)動(dòng)，一只向后運(yùn)動(dòng)。這些都是真的！眼睛的功能就是將光轉(zhuǎn)化為視覺。大多數(shù)眼睛的工作原理相同，但它們的外觀會(huì)有很大的差異。章魚的瞳孔就很奇怪，呈“W”形。科學(xué)家開展了許多研究，以便了解這種形狀的瞳孔如何幫助章魚生存。他們發(fā)現(xiàn)，這樣的瞳孔在上下光線不均勻的區(qū)域里，比如淺水到深水的過渡區(qū)域，能更好地采集光。四眼魚只有兩只眼睛，但它們的每只眼睛都有兩個(gè)部分。這意味著它們可以同時(shí)看到水上和水下，有助于捕獲水面的昆蟲或水下更小的魚。

貓頭鷹的眼睛長(zhǎng)在腦袋前方，這使它們具有雙眼視覺。貓頭鷹從每一只眼睛各獲得一次同樣景象的信息，這有助于它們計(jì)算老鼠的距離并捕捉它。而老鼠的眼睛在腦袋的兩側(cè)，這樣它們就可以看到兩側(cè)不同的景象，以便躲避捕食者。還有一些動(dòng)物有很多眼睛。扇貝在貝殼邊緣有100只眼睛用來發(fā)現(xiàn)周邊的危險(xiǎn)。箱水母有24只眼睛在身體周邊晃動(dòng)，幫助它們躲避海浪而不撞到巖石上。

昆蟲具有最特別的眼睛。蜻蜓的眼睛很大，占據(jù)了頭部的大部分，每一只眼睛又由很多小眼組成，這種眼睛稱作復(fù)眼。復(fù)眼具有難以置信的運(yùn)動(dòng)視覺，成千上萬(wàn)的小眼幫助昆蟲瞬間感受到很微小的閃動(dòng)，比如蒼蠅拍的運(yùn)動(dòng)。復(fù)眼中的每個(gè)小眼都能看見物體，并形成單獨(dú)的圖像。昆蟲的大腦再將這些圖像綜合在一起。蒼蠅的復(fù)眼約由4000只小眼組成，蜜蜂的小眼超過5000只，蜻蜓的小眼數(shù)量最多，約30 000只。但這么多小眼并沒有給昆蟲超級(jí)的視力。事實(shí)上，這些眼睛并沒有超常的聚光能力。模仿蜻蜓眼睛的設(shè)計(jì)可能會(huì)提升仿生眼功能。即使蜻蜓無法看清細(xì)節(jié)，但它們能跟蹤快速移動(dòng)的物體?？焖俑兄\(yùn)動(dòng)的能力可以幫助視障人士導(dǎo)航并及時(shí)對(duì)外界環(huán)境變化做出反應(yīng)。

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)壁虎的眼睛有兩個(gè)獨(dú)特的功能，這種功能只有夜間活動(dòng)的壁虎具有。首先，壁虎的眼睛中只有視錐細(xì)胞而且體積很大，無疑它們的色彩視覺比大多數(shù)動(dòng)物要好。另外，壁虎的眼睛是多焦點(diǎn)的，這意味著它們可以同時(shí)關(guān)注不同的距離。通過研究壁虎眼睛的工作原理，也許可以發(fā)明提高人類視力的新產(chǎn)品。深入研究眼睛的工作原理后，人類發(fā)明了更多的新產(chǎn)品，比如多焦點(diǎn)隱形眼鏡和改進(jìn)的相機(jī)鏡頭。將來的某一天，科學(xué)家可能會(huì)發(fā)明在人體內(nèi)拍照的迷你相機(jī)，或者最終制作出跟真眼一樣的仿生眼。