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动物可以使用视觉以外的其他策略来制造真实或是虚幻的场景。如前所述,其他感官的作用也是确实存在的。再一次强调,光的适应性通常是在生存法则中使用的主要策略,这是因为光刺激和其他刺激是有区别的。无论我们或者任何生物,无论喜欢或不喜欢光线都一直存在着。因此加入了第七章,我们提出“不管喜欢与否,光线确实存在”的观点。现在,动物中有95%以上有眼睛,所以如果动物要避免被捕食,它就必须适应环境中的光线。我们开始将所掌握的关于光线和视觉的知识纳捕猎的主题中。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
动物生存法则目录基本规则1人人为自己而活1.1避免成为食物1.2进食2延续种族2.1繁殖2.2找到合适的栖息环境并且保护它2.3适应环境中的变化生存方式1捕食者2猎物战术1惹人注目2隐蔽/错觉3真正的实力/能力
——安德鲁·帕克《第一只眼》
就像视网膜的蛋白质一样,参与感光过程的生物,身体中的其他部位似乎也需要非常符合眼晴本身对于感光系统背后的计算要求。如果大脑中视觉处理中心的演化落后于眼睛的演化,那么尼尔森和佩杰尔对于时间的预测就毫无意义。1959年,生物学家冯贝克西表明,声音所造成的影响可以通过振动皮肤来模拟。这就证明了在处理感觉信息的时候,耳朵和皮肤具有共同的特征,也就是我们所说的“神经”。但是这对于眼睛的演化来说意味着什么呢?可以想象,神经可以由一种感觉使用升级到由两种感觉共同使用。如果听觉和触觉可以共享神经,那么视觉和触党也同样可以。也就是说,作用于眼睛的神经不需要从发育不完全的结构中演化一一它们本身就具有良好的开端。这样极有可能对于大脑就是一种帮助。大脑中的某些部分看起来有能力将触觉转换为视觉。丹一埃里克・尼尔森认为,始和钢毛虫的复“眼”是从能修抑制光线的化学探测器演化而来的。所以眼睛本身的演化就是一种限制性因素,或者说是在视觉演化道路上的退化一一并且身体系统的其他部位能兼容这种变化。事实上,三叶虫的眼睛周围还有其他感官,最原始的光受体可能是从这些感觉神经中“借”来的。 现在我们能够让紧张的神经平复下来了,因为我们给了复眼100
——安德鲁·帕克《第一只眼》
他们以一块光敏皮肤作为研究的起点,皮肤的凹痕向内,并逐渐向内折叠,形成一个朝向光源时就愈加敏感的探测器。这个假设是完全可以接受的,因为和这个发展过程非常相似的各个中间阶段的产物,都能在现在各种动物的身上见到。重要的是,这条生物演化链中的每个环节都有存在于地球上的意义。与此相反的论据也曾经被用来批评进化论,甚至使达尔文本人一度怀疑起了自己的想法,正如在本章开头的格言所写的那样。为了进一步证明这一点,我们可以解释为什么不是所有动物都具有生物演化理论中的“终极眼晴”。那些发展过程的中间状态,或者概念上的次等视觉器官,的确在今天是存在的,因为它们的宿主生物并不能处理通往相机式眼的演化发展道路上的下一阶段的信息量一因此实际上达尔文其实不用担心。回到演化的道路上,我们已经到了一个不能形成正确图像的“杯状眼”的环节上了。同时我们也到达了一个路口。当我们更靠近这个“杯子”时,我们就会遇到鹦鹉螺的针孔眼了。然后顺着这条路继续前进,透镜将演化出来,与此同时,生物演化的另一条路也开启了,那就是典型的脊椎动物的相机式眼的发展之路。 尼尔森和佩尔格的假设十分现实:在眼晴方向上的每一次演化过程中,光受体只会改变其1%的长度、宽度或
——安德鲁·帕克《第一只眼》
在这里我重申一次,有关三叶虫眼睛的研究数据里出现了一个常见却令人好奇的现象。许多带眼晴的三叶虫种类大约出现在5。22亿年前…但在那之前,却从来没有出现过一种。没有眼晴的三叶虫相比较而言,进入地质年代的时间要晚一些。所以5,2亿年前,地球见证了第一只三叶虫的出现…以及第一双眼睛。S2亿年对于我们而言可能是个神奇的数字。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
已知最古老的三叶虫来自早寒武纪一一寒武纪早期的时段。这听起来还不错。但我们可以追溯到比这更精确的时间节点一一出现在寒武纪开始后约2000万年,也就是大约5。22亿万年前,它们当时已经具有了复眼。在此之前,地球上既没有三叶虫也没有任何眼睛结构。所以研究三叶虫和它们的眼睛是值得的。来自爱丁堡大学研究三叶虫眼睛的专家尤安・克拉克森教授和他在中国成都地质矿产研究所的同事张喜光教授,曾经描述过世界上已知的最古老且保存完好的三叶虫眼晴。他们专注于研究中国中南部发掘的三叶虫化石,并且发现了两种特别有趣的带复眼的三叶虫一一河南川古盘虫( Neocobboldia chinlinica)和龙泉古盘虫 Shizhudiscus longquanensis )o
——安德鲁·帕克《第一只眼》
今天,一只虾在从幼年到成年的整个发育过程中都会改变它的限睛。幼虾拥有六角形面状结构的眼晴一一以适应明亮的浅水环境。这种同位式眼睛可以产生清晰的图像,但不太善于收集环境中所有的光线。幸运的是,这只幼虾生活的环境中有充足的光线。但随着它的生长,它会迁移到更深的水域,在那里,光变得很有限。所以虾在蜕皮到成年的过程中,它的同位式眼会脱落,并且被一个具有方形面状结构的叠加式复眼所取代。这种成年时期的眼睛有着与幼年时期的眼睛完全相反的特性:虽然在形成清晰图像方面效果不佳但它能充分利用有限的光线。这些证据表明,拥有六边形面状结构眼睛的三叶虫很可能生活在浅海水域;而拥有方形面状结构眼睛的三叶虫则生活在深海水域,或在夜间活动。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
此时,我们知道,所有现生的、有眼的动物的祖先类型,几乎都在寒武纪就已经存在了。如果想要确定这些祖先类型,或者其他已经灭绝的寒武纪时期的动物群是否已经有了眼睛,我们就必须清楚寒武纪化石的眼的最小尺寸是多少。 在寒武纪时期的脊索动物种类很少。其中最著名的是从伯吉斯页岩发掘出的皮卡虫,而最早的是来自澄江化石群的海口虫。皮卡虫化石展现了其清晰的身体轮廓以及身体内部结构上的细节,包括肌节和脊索,即它的脊柱。但是由于动物前端的特征结构太小了以至于没有显微镜就会什么都看不见。因此,如此之小的尺寸已经无法满足成像的最基础条件了,也就不能算作真正的“眼”。因此,我们也可以认为,所有的寒武纪脊索动物都看不见东西。 今天大多数无眼的脊索动物在极少光或无光的环境中生活,比如鼹鼠。还有墨西哥洞穴鱼,在有光存在的地方它保留了眼睛,在没有光线的地方它没有了眼晴。但是实际上,至少有两种没有眼睛的寒武纪脊索动物,它们生活在阳光充足的环境里,并且,它们的许多邻居都有眼。因此,今天这个群体中的大多数生物都具有眼,可为什么寒武纪的祖先类型没有呢?这并不是我们所期望的。生命从寒武纪发展并延续到如今,这种观点适合于节肢动物一一它们现在看得见
——安德鲁·帕克《第一只眼》
虹膜限制了瞳孔大小,以类似照相机光圈的形式控制着进人眼球的光量。而相机眼结构也存在有进一步的亮度控制装置,如一个在视网膜后面的反射层。就像扇贝眼球一样,某些脊椎动物眼睛的视网膜后面也有一面镜子,这里需要再次提到银鱼镜眼的反射机制。但镜眼的功能不是用来聚光的,光线已经提前由透镜聚拢了。在这种情况下,镜眼提供了对于夜晚环境的适应性。在适应暗光的状态下,反射层将最初穿过视网膜细胞而无法被检测到的光线,会二次反射回视网膜。所以能通过光线传递的信息,都被镜眼最大化利用了:第一次未被发现的东西,都会有第二次重新成像的机会。猫和鱼眼中的反射器能反射车前灯和手电筒的光束,这在夜间常常表现为明显的“眼睛发光”。这其实就是视网膜第一次和第二次所漏掉的光线。当光线水平很低时,所有进人眼睛的光线对视力而言都是无价的——可以看见物体和失去视觉之间的边界就是在这里了。但是,当光线水平高时,镜眼是多余的且会被深色吸光性的色素所覆盖。这种机制在许多夜间活动的动物身上是很常见的。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
聚焦,是将环境中不同的光源发出的不同方向的光线弯折,使其汇聚于一个点上。有两个因素会影响光线的弯折方式,第一个是交界处两边的介质差异,第二个是光线入射的角度(想一想我们熟悉的棱镜)。就像在第三章中提到过的那样,由于介质之间的差异,光线在空气与水中有着非常不同的表现,正因如此,陆生生物对光线的反应与水生动物对光线的反应是不同的。光线在水中的表现,与在角膜里的表现类似,所以当光线照射入水生动物的眼睛的时候,只需要辨认一种介质的边界就可以了。在这样的情况下,眼晴里的水晶体承担了聚焦光线的重任。然而,光线在空气和角膜这两种截然不同的介质中的表现是完全不同的,因此当光线以某种角度穿过这两种介质之间的交界时,就会产生弯折。因此,陆生动物的角膜就好比一个绝佳的透镜体。
——安德鲁·帕克《第一只眼》
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