談到眼睛的數(shù)目,就不得不談?wù)勓劬Φ难莼^(guò)程。
單細(xì)胞生物已經(jīng)具備感光能力,擁有眼點(diǎn)。
動(dòng)物演化成腔腸動(dòng)物之后,便出現(xiàn)了神經(jīng)細(xì)胞。演化成扁形動(dòng)物之后,神經(jīng)系統(tǒng)開(kāi)始集中,變網(wǎng)狀神經(jīng)系統(tǒng)為梯形神經(jīng)系統(tǒng),視覺(jué)細(xì)胞也開(kāi)始集中在了動(dòng)物的“頭部”。
在扁形動(dòng)物中,有一個(gè)叫做PAX6的古老基因,這個(gè)基因令扁形動(dòng)物頭部,出現(xiàn)了能夠匯聚色素的凹陷。這個(gè)凹陷,可以說(shuō)是,眼睛的最初形態(tài)。
扁形動(dòng)物作為兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物,左右分別一個(gè)眼點(diǎn),無(wú)論捕食或者躲避天敵,是能保證生存的最少眼睛數(shù)目。
PAX6的基因源頭,大致能追溯到最初的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物。學(xué)界一般認(rèn)為,像浮浪幼蟲(chóng)的原始腔腸動(dòng)物分別演化成了腔腸動(dòng)物和兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物。
為什么后來(lái)的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物,都具有PAX6基因?
我們可以這樣認(rèn)為,沒(méi)有PAX6基因,不具有更強(qiáng)感光能力的動(dòng)物,都被吃滅絕了。
那么,扁形動(dòng)物為什么恰好就是兩個(gè)凹陷眼點(diǎn)呢?
薛定諤在《生命是什么》一書(shū)中,提出了生命以負(fù)熵為食的觀點(diǎn)。生命體,也是熱力學(xué)上的耗散結(jié)構(gòu)。不清楚概念的,可以簡(jiǎn)單理解為:這是一種動(dòng)態(tài)的穩(wěn)定有序結(jié)構(gòu)。
薛定諤:我不僅僅只有貓
生命體內(nèi)能量消耗,會(huì)不斷產(chǎn)熵,那么就需要攝入負(fù)熵(食物等)。這便是新陳代謝,如果新城代謝被破壞,生命體也就宣告死亡。
那么,這和眼睛的演化有什么關(guān)系?
因?yàn)樯w作為耗散結(jié)構(gòu),也是最節(jié)能高效的。如果兩只眼睛幫助攝入的負(fù)熵比起能量消耗產(chǎn)生的熵比值最高,那么一只眼睛或者更多的眼睛,都會(huì)讓生命處在更不利的競(jìng)爭(zhēng)環(huán)境之中。
簡(jiǎn)而言之,更多的眼睛需要更多的能量消耗,就需要攝入更多的食物。哪怕一開(kāi)始有扁形動(dòng)物演化出了更多的凹陷眼點(diǎn),在食物匱乏的時(shí)候,它們可能率先滅絕。
正是因?yàn)镻AX6基因提供的眼睛演化的基礎(chǔ)模板,于是在寒武紀(jì)生物大爆發(fā)的時(shí)候,來(lái)了一場(chǎng)視覺(jué)大爆發(fā)。
基本上原始的節(jié)肢動(dòng)物、頭足動(dòng)物,以及脊索動(dòng)物,循著PAX6基因提供的原始模板,打造了三個(gè)完全獨(dú)立的視覺(jué)進(jìn)化之路。
節(jié)肢動(dòng)物通常具有一對(duì)復(fù)眼。
如果有人觀察過(guò)蒼蠅的眼睛,應(yīng)該能知道,復(fù)眼實(shí)際是由無(wú)數(shù)細(xì)小的眼睛構(gòu)成的,和人類(lèi)的眼睛,是完全不同的結(jié)構(gòu)。
這些小眼單獨(dú)感光,能夠獨(dú)立成像,經(jīng)過(guò)節(jié)肢動(dòng)物的“大腦”綜合處理之后,它們看到的是一個(gè)拼合的畫(huà)面。
蒼蠅復(fù)眼放大375倍
當(dāng)前已有科技公司,把這樣的光學(xué)原理用在攝影成像技術(shù)上,稱(chēng)為復(fù)眼攝像機(jī),據(jù)稱(chēng)能達(dá)到億萬(wàn)級(jí)像素。
不過(guò),昆蟲(chóng)的這種眼睛實(shí)際缺乏調(diào)焦的能力,難以分辨細(xì)節(jié),但在捕捉運(yùn)動(dòng)物體上,具有極其完美的能力。不僅人類(lèi)的正常手速,在它們眼里猶如慢動(dòng)作。哪怕是人類(lèi)看到的高幀數(shù)電影,在它們眼里也僅僅只是幻燈片。
正因?yàn)閺?fù)眼能力的缺陷,大多數(shù)節(jié)肢動(dòng)物進(jìn)化出了單眼。
蝗蟲(chóng)單眼
大多數(shù)有三個(gè)單眼,但也可以沒(méi)有,或者多達(dá)數(shù)個(gè)。通常昆蟲(chóng)的幼蟲(chóng)具有多個(gè)單眼,例如蠶的幼蟲(chóng)多達(dá)12個(gè)單眼。節(jié)肢動(dòng)物的復(fù)眼能視物,而單眼則只能感光。
節(jié)肢動(dòng)物的眼睛如此演化,可能是它們具有堅(jiān)硬的外殼,阻礙了眼睛向凹陷方向的發(fā)展。
總之,在5億年前的寒武紀(jì),節(jié)肢動(dòng)物率先用上了捕獵的利器——眼睛。
奇蝦和海蝎子,先后成為了海洋霸主。
然而和海蝎子同時(shí)代的,還有一個(gè)霸主——房角石。
房角石是典型的頭足綱動(dòng)物(章魚(yú)、烏賊類(lèi)的遠(yuǎn)祖)。它的后裔,章魚(yú)演化出來(lái)的眼睛,被一些現(xiàn)代人稱(chēng)為出自上帝之手。
其實(shí)頭足綱動(dòng)物并沒(méi)有什么秘密,它們是完全自然而然的繼承了PAX6基因提供的眼睛進(jìn)化模板。眼眶位置凹陷,感光細(xì)胞匯聚,吸收更多的光線。一些細(xì)胞填入凹陷中,或降低或提升了視覺(jué)能力。降低視覺(jué)的滅絕,提升視覺(jué)的得以繁衍生息。
填入凹陷的細(xì)胞,令視覺(jué)能力越來(lái)越強(qiáng)。最終演化成了晶狀體、玻璃體,以及虹膜……
上帝造物論持有者,往往認(rèn)為眼睛精巧而復(fù)雜,典型的非演化產(chǎn)物。
但實(shí)際,這個(gè)精巧的結(jié)構(gòu),也僅僅只是如同積木一樣,一步步地搭成的。
如果說(shuō)眼睛算是足夠精巧,那么人的大腦、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)又算什么呢?
甚至,哪怕隨隨便便拿一個(gè)人體身上的器官和眼睛對(duì)比,眼睛就一定比它們復(fù)雜嗎?
神經(jīng)科學(xué)家格雷格·鄧恩,藝術(shù)加工后的大腦視覺(jué)皮層
和節(jié)肢動(dòng)物、頭足綱的索狀的中樞神經(jīng)不同, 脊索動(dòng)物的中樞神經(jīng)是管狀的。
雖然管狀神經(jīng)系統(tǒng),有利于大腦和脊椎的演化,但在眼睛的演化之路上,卻更加的曲折。
脊索動(dòng)物原本暴露在外部的眼部神經(jīng)索,直接被卷入了體內(nèi),翻了一個(gè)面。
但由PAX6基因提供的原始模板是不能更改的,那么就只能在反轉(zhuǎn)的神經(jīng)索上演化成眼睛了。
在脊索動(dòng)物活化石文昌魚(yú)透明的身上,能夠直接觀察到這樣的反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)。
不過(guò)文昌魚(yú)沒(méi)有大腦,也不算有真正意義上的眼睛,只有額眼(腦眼),尚只有感光能力。額眼是帶色素的杯狀凹陷,由PAX6基因控制,僅僅只是扁形動(dòng)物眼點(diǎn)的加強(qiáng)版而已。
不過(guò),后來(lái)的所有脊椎動(dòng)物的眼睛,都是從類(lèi)似于文昌魚(yú)的脊索動(dòng)物遠(yuǎn)祖反轉(zhuǎn)眼睛所演化來(lái)的。
目前發(fā)現(xiàn)的最久遠(yuǎn)的脊索動(dòng)物是皮卡蟲(chóng)。
可以看出,和文昌魚(yú)極其的相似。
- 生物演化只能做加法,無(wú)法做減法。尤其是基因?qū)用嫔希袕U棄的基因密碼都會(huì)記錄在染色體上,只不過(guò)在生物演化之后,很多密碼都成了不會(huì)表達(dá)的內(nèi)含子。
所以,相比起頭足綱動(dòng)物,脊索動(dòng)物的眼睛天生就是反的。而且眼睛神經(jīng)索的反轉(zhuǎn),在我們?nèi)祟?lèi)還在媽媽肚子里,胚胎早期的時(shí)候會(huì)重復(fù)這個(gè)過(guò)程。
反轉(zhuǎn)的眼睛,造成我們視物的時(shí)候,光線需要線穿過(guò)血管、神經(jīng)細(xì)胞才能到達(dá)感光細(xì)胞。然而感光細(xì)胞感光的是色素部分,所以還需要穿過(guò)感光細(xì)胞的細(xì)胞核,才能真正的成像,并傳送給大腦。
正因?yàn)檫@樣的反轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu),我們的眼角膜也更加脆弱,視網(wǎng)膜容易脫落,有視覺(jué)盲點(diǎn)。
但很顯然,章魚(yú)的眼睛卻沒(méi)有這樣的問(wèn)題。
這也難怪,有人會(huì)認(rèn)為章魚(yú)眼睛出自上帝之手。
不過(guò),脊椎動(dòng)物眼睛在進(jìn)化過(guò)程中,演化出了黃斑,在黃斑的調(diào)解下,視力并不亞于任何一種動(dòng)物。
黃斑富含黃葉素,是視力最敏銳的地方
黃斑病變,則可能出現(xiàn)以下視覺(jué)問(wèn)題:
總的來(lái)說(shuō),脊椎動(dòng)物的視覺(jué)能力實(shí)際并不亞于頭足綱。
甚至鳥(niǎo)綱中的猛禽類(lèi),基本上擁有獨(dú)步天下的眼睛。人類(lèi)視力的1.5標(biāo)準(zhǔn),在鷹那里可以達(dá)到5.3。而且鳥(niǎo)類(lèi)眼睛中存在“油滴”,天生自帶濾鏡。不同類(lèi)型的鳥(niǎo)類(lèi),具有不同類(lèi)型的油滴,增強(qiáng)不同顏色的對(duì)比度,以發(fā)現(xiàn)相應(yīng)顏色的天敵或者獵物。(雖然有人鼓吹皮皮蝦豐富的色覺(jué),但實(shí)際在視覺(jué)清晰度層面,就是完全的抓瞎)
如說(shuō)章魚(yú)的眼睛出之上帝之手,那么雄鷹第一個(gè)表示不服。
澳大利亞楔尾鷹,幾乎擁有世界上最好的視力
章魚(yú)的眼睛,雖然是“正”的,但適應(yīng)的是水生環(huán)境。而脊索動(dòng)物眼睛翻轉(zhuǎn)的背后,卻是一場(chǎng)神經(jīng)革命。雖然章魚(yú)是除了脊椎動(dòng)物智商最高的動(dòng)物,但他們提高中樞神經(jīng)效率,只能通過(guò)壯大神經(jīng)索。而脊椎動(dòng)物,則更新了一套先進(jìn)的系統(tǒng)。
關(guān)于神經(jīng)的演化革命,可以看看我的這個(gè)回答:
總之。兩只眼睛的密碼,印刻在基因里數(shù)億年。
不是一只眼睛的人類(lèi)被淘汰了,而是一個(gè)眼點(diǎn)或者多個(gè)眼點(diǎn)的原始兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物被淘汰了。只有兩個(gè)眼點(diǎn)的兩側(cè)對(duì)稱(chēng)動(dòng)物傳下了后代,并演化出了眼睛。
無(wú)論后代的眼睛如何變化,都只能在PAX6基因的基礎(chǔ)上,發(fā)生競(jìng)技革命。
朋們可以大膽猜測(cè)一下,如果輻射對(duì)稱(chēng)動(dòng)物進(jìn)化到高級(jí)形態(tài)(假設(shè)依舊輻射對(duì)稱(chēng)),他們會(huì)有多少眼睛呢?
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