眼睛進(jìn)化之路與千姿百態(tài)的世界

蔣志剛

在生物進(jìn)化的過(guò)程中，視覺(jué)是什么時(shí)候出現(xiàn)的？是否所有的動(dòng)物都有眼睛？動(dòng)物通過(guò)眼睛感知到的世界與我們?nèi)祟惪吹降挠惺裁床煌?？現(xiàn)在就讓我們走進(jìn)眼睛的故事，解答這一切吧！

眼睛的進(jìn)化之路

在生存競(jìng)爭(zhēng)中，動(dòng)物獲得的任何一技之長(zhǎng)都將提高其生存力，因此，感知周邊環(huán)境及其中的潛在危險(xiǎn)對(duì)于動(dòng)物生存來(lái)說(shuō)至關(guān)重要。

重要的感光器官

地球大氣層過(guò)濾吸收了宇宙天體發(fā)出的大部分電磁波，僅讓波長(zhǎng)0.4～0.78微米的可見(jiàn)光和1毫米～10米的電磁波通過(guò)大氣層到達(dá)地面。如果動(dòng)物能感知環(huán)境中物體反射的可見(jiàn)光和高溫物體、溫血?jiǎng)游锇l(fā)出的紅外光，將給它們帶來(lái)競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。正如兩位擊劍手決斗時(shí)，如果其中一位被蒙上雙眼，那么，另一位沒(méi)有被蒙眼的擊劍手將具有無(wú)以言喻的優(yōu)勢(shì)。于是，動(dòng)物進(jìn)化產(chǎn)生了感光器官，這是動(dòng)物適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果。

從眼斑到眼睛

在6億年前寒武紀(jì)生命大爆發(fā)時(shí)期，出現(xiàn)了一些原始動(dòng)物，它們擁有可以感受光的蛋白斑塊，這種光感受器被稱為眼斑。這些眼斑能夠感受亮度、分辨明暗，但不能分辨光源的方向。后來(lái)，多細(xì)胞生物中進(jìn)化出了多細(xì)胞眼斑。

之后，生活在光線充足環(huán)境中的動(dòng)物，其眼斑逐漸演化，凹陷成一個(gè)淺杯狀的凹坑，通過(guò)識(shí)別射到眼斑特定細(xì)胞的光線入射角來(lái)判斷光源方向。這些低等生物能夠根據(jù)光敏細(xì)胞感知的光強(qiáng)，調(diào)節(jié)其晝夜生理與行為節(jié)律，但它們的光敏細(xì)胞不能產(chǎn)生圖像。例如，蝸牛有光敏細(xì)胞，卻不能成像，因此蝸牛僅能區(qū)分明暗，以避免陽(yáng)光直射而脫水。

再后來(lái)，眼斑演化形成的凹坑逐漸加深，開(kāi)口逐漸變小，形成眼孔（即后來(lái)眼睛的瞳孔）。光感受器細(xì)胞數(shù)量增加，形成了一個(gè)像針孔相機(jī)的原始眼睛，能夠模糊區(qū)分周邊物體的形狀。

為保護(hù)眼斑，動(dòng)物眼孔上進(jìn)化出了包裹眼腔透明液體的透明細(xì)胞層。進(jìn)化中透明層逐漸增厚，演化為眼睛的晶狀體，這不僅優(yōu)化了色彩過(guò)濾、阻止了有害輻射，還提高了折射指數(shù)。

不同的眼睛，不同的世界

不同的“色彩斑斕”

人類有感知紅色、綠色和藍(lán)色的視錐細(xì)胞。大多數(shù)家養(yǎng)動(dòng)物，包括我們豢（huàn）養(yǎng)的家貓、家狗只有感知綠色和藍(lán)色的視錐細(xì)胞，因此它們是紅綠色盲，只能將紅色和橙色看成濃度不同的綠色。所以，我們看到的色彩斑斕的世界在貓狗的眼里是一個(gè)深淺不同的綠調(diào)世界。

野生鹿類也如此，它們對(duì)藍(lán)光敏感，如果獵手穿的是藍(lán)色牛仔褲，對(duì)它們來(lái)說(shuō)就像霓虹燈一樣耀眼，但是它們看不見(jiàn)物體的細(xì)節(jié)，不能分辨不同色彩斑塊的迷彩服。鹿的瞳孔大、眼框?qū)挘缒し垂馍貙邮沟盟鼈冇畜@人的感知運(yùn)動(dòng)物體的能力。

此外，盡管這些動(dòng)物分辨物體細(xì)節(jié)的能力不及人類，但它們眼睛中的視桿細(xì)胞較多，具有更好的夜視能力。

不同的視野角度

靜態(tài)視野是指動(dòng)物在頭部和眼睛靜止時(shí)可以看到的視圖，分為雙目前視野和單眼側(cè)視野。不同的動(dòng)物所具有的視野也不相同。大多數(shù)食肉動(dòng)物雙眼位于大腦前部，進(jìn)化出視域?qū)掗煹碾p目前視野，能感知深度，有利于它們狩獵。但需要注意，同樣是前視野動(dòng)物，貓的雙目視野比狗寬，狗的盲區(qū)卻比貓小。

而其他動(dòng)物，尤其是被捕食的動(dòng)物，為了最大限度地?cái)U(kuò)大視野，它們的兩只眼睛往往位于頭部的兩側(cè)，且是以單眼側(cè)視野為主。廣闊的視野使它們能夠更及時(shí)地發(fā)現(xiàn)接近的捕食者。

有些動(dòng)物可以轉(zhuǎn)動(dòng)頭部或眼睛以獲得更廣闊的視野，例如眼鏡猴，它的視野范圍很窄，眼睛太大不能在眼窩里旋轉(zhuǎn)，但它的頭部可以轉(zhuǎn)動(dòng)180度，這讓它視野很開(kāi)闊。變色龍有突出的眼睛，可以獨(dú)立轉(zhuǎn)動(dòng)，因此它們擁有360度全方位視野。

好視力的鳥(niǎo)類動(dòng)物

鳥(niǎo)類有4種視錐細(xì)胞，能看見(jiàn)紫外線，是脊椎動(dòng)物中視力最好的。猛禽的視力至少比人類好8～10倍，例如在照明良好、背景反襯鮮明時(shí)，金雕在高空能看見(jiàn)3千米以外的一只野兔，而游隼能發(fā)現(xiàn)在8千米以外的一只鴿子。

貓頭鷹最引人注目的是它的一雙朝前的大眼睛。貓頭鷹的視野大約是110度，其中70度左右是雙目視覺(jué)。相比之下，人類的視野是180度，其中140度是雙目視覺(jué)。貓頭鷹的眼球固定在顱骨中，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，只能直視前方。但它的頭的轉(zhuǎn)動(dòng)角度可以達(dá)到270度，足以彌補(bǔ)這一缺陷。

此外，貓頭鷹眼睛的角膜和瞳孔都很大，視網(wǎng)膜上有大量視桿細(xì)胞，使它具有非凡的夜視能力。但它卻幾乎沒(méi)有視錐細(xì)胞，能看到的顏色十分有限。為了保護(hù)眼睛，貓頭鷹有3個(gè)眼瞼：上、下眼瞼和瞬膜，當(dāng)貓頭鷹眨眼時(shí)，上眼瞼閉合；當(dāng)它睡覺(jué)時(shí)，下眼瞼閉合。瞬膜是一層薄薄的組織，也被稱為第3眼瞼，閉合時(shí)能夠清潔和保護(hù)眼睛表面。

寒武紀(jì)時(shí)期，動(dòng)物就產(chǎn)生了視覺(jué)細(xì)胞，以適應(yīng)生存環(huán)境。不同的動(dòng)物，它們眼中的世界各不相同，其眼睛的結(jié)構(gòu)與功能也千差萬(wàn)別。

知識(shí)鏈接

視錐細(xì)胞與視桿細(xì)胞

動(dòng)物的視網(wǎng)膜上分布著兩種感光細(xì)胞，即視錐細(xì)胞與視桿細(xì)胞。

視錐細(xì)胞主要在明亮條件下發(fā)揮作用，還可以細(xì)分為感知紅、綠、藍(lán)3種。自然界中所有的顏色也都可以由紅、綠、藍(lán)3色組合而成。所以，3種視錐細(xì)胞不斷組合來(lái)感受不同的光，我們就能分辨出不一樣的顏色。手機(jī)和電腦顯示出來(lái)的豐富多彩的畫面，也正是由這3種顏色組合而來(lái)的。

視桿細(xì)胞主要在暗光下發(fā)揮作用，主導(dǎo)暗環(huán)境或夜晚的視力，但它沒(méi)有色彩識(shí)別功能。