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眼睛是怎么進(jìn)化出來(lái)的?為什么大多數(shù)動(dòng)物只有兩只眼睛?

 天風(fēng)浩蕩1888 2020-03-14

眼睛是心靈的窗戶。人在什么時(shí)候進(jìn)化出了眼睛以及為什么只有兩只眼睛,而且只在臉部等,一直讓人困惑不已。從達(dá)爾文等人創(chuàng)建進(jìn)化論以來(lái),人們歸納了達(dá)爾文所未能解答的10個(gè)問(wèn)題,其中之一便是眼睛的進(jìn)化。

眼睛是怎么進(jìn)化出來(lái)的?為什么大多數(shù)動(dòng)物只有兩只眼睛?

眼睛形成的輪廓

有人認(rèn)為,眼睛是功能較少的器官,沒(méi)有什么用處,無(wú)法從進(jìn)化來(lái)解釋眼睛的演化和發(fā)展。

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但達(dá)爾文認(rèn)為,眼睛功能少總比沒(méi)有好,比如一些海洋無(wú)脊椎動(dòng)物只能分辨出黑白兩色,但對(duì)于它們而言已經(jīng)足夠了。還有一些動(dòng)物只能捕捉到光,例如蠕蟲(chóng)。而且,世界上只有脊椎動(dòng)物和頭足動(dòng)物擁有可以調(diào)節(jié)大小的眼睛,從而方便聚焦。而今天,來(lái)自基因的信息提示,脊椎動(dòng)物和更加簡(jiǎn)單的無(wú)脊椎動(dòng)物的眼睛擁有同一種進(jìn)化的基因。

在距今5.43億年前左右,一種名為萊氏蟲(chóng)的三葉蟲(chóng)身上長(zhǎng)出了地球生物的第一只眼睛。

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而此前的一些生物體雖然有感光細(xì)胞,但還不足以稱為眼睛。因?yàn)檠劬Σ粌H要感知光線,還需要有一個(gè)能聚焦光線形成圖像的晶狀體。后來(lái),生物緩慢進(jìn)化而獲得了晶狀體,其視覺(jué)效果就從1%驟然上升到100%。而眼睛的出現(xiàn)宣告一個(gè)更為無(wú)情、競(jìng)爭(zhēng)更激烈的時(shí)代到來(lái)。從這個(gè)意義看,眼睛并非是無(wú)足輕重的器官,而是重要的器官。

無(wú)論人類的眼睛進(jìn)化的細(xì)節(jié)和過(guò)程如何,我們今天能擁有的眼睛是長(zhǎng)期演化的結(jié)果,它的存在即是合理的,盡管也有不合理的部分。這是一個(gè)什么樣的眼睛呢?

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人類的眼睛主要部分是由一個(gè)直徑約24毫米的近似圓球體構(gòu)成,此外,還有眼球壁和包在眼球內(nèi)的一些組織共同組成。而眼睛看世界就像相機(jī)攝取世界的影像那樣。但實(shí)際上相機(jī)才是模仿眼睛設(shè)計(jì)出來(lái)的。

當(dāng)然,眼睛的最大功能就是觀察和審視大千世界,把獲得的影像信息輸入大腦,供大腦對(duì)現(xiàn)實(shí)情況做出決策,以決定人類的行為,同時(shí)也給予人類以高級(jí)的精神享受,如觀看電影、美術(shù)攝影圖展,欣賞美女等。

而眼睛看世界的功能主要就是視覺(jué),包括三類。一是視力,二是色覺(jué),三是立體覺(jué),其中最主要的是視力。視力由中心視力和周邊視力組成,周邊視力又稱視野,即能看到的空間范圍。中心視力即視銳敏度,通常稱為視力,又有遠(yuǎn)視力和近視力之分。遠(yuǎn)視力是指5米遠(yuǎn)距離的視力,近視力是放在眼前一尺處檢查的視力。同時(shí),眼睛的視力還有暗視覺(jué)和明視覺(jué)之分。

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眼球包括眼球壁、眼內(nèi)腔和內(nèi)容物、神經(jīng)、血管等組織。眼球壁有三層。外面一層厚厚的白膜稱鞏膜,也即眼白,可保護(hù)眼內(nèi)組織;外層的最前部有一個(gè)像圓窗戶的透明膜是角膜,相當(dāng)于照相機(jī)的透明鏡頭,可讓光線進(jìn)入眼球內(nèi)。

眼球壁的中間一層為棕黑色組織,稱為葡萄膜或色素膜、血管膜,主要起遮光作用,如同相機(jī)的暗盒并起到供給營(yíng)養(yǎng)的作用。在它的最前部就是黑眼珠,稱虹膜。黑眼珠正中有一個(gè)小孔叫瞳孔,相當(dāng)于相機(jī)的光圈,可隨光線的強(qiáng)弱變大或縮小,以控制進(jìn)入眼球的光線。在虹膜后面有一個(gè)稱為睫狀體的結(jié)構(gòu),一般情況下是看不見(jiàn)的,它的作用是調(diào)節(jié)焦距和生成房水。

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眼球壁的最里層是視網(wǎng)膜,類似相機(jī)里的膠卷,能感光和把光線轉(zhuǎn)化為神經(jīng)脈沖,傳遞到大腦的視覺(jué)中樞。視網(wǎng)膜視軸的終點(diǎn)為黃斑中心凹,中央無(wú)血管,是負(fù)責(zé)視物的主要地方。黃斑區(qū)鼻側(cè)3毫米處有一結(jié)構(gòu)稱為視乳頭,是視網(wǎng)膜上視覺(jué)纖維匯聚向視覺(jué)中樞傳遞信號(hào)的出口,也是視網(wǎng)膜動(dòng)靜脈出入的地方。

人的眼球內(nèi)有三大內(nèi)容,一是房水,二是晶體,三是玻璃體。房水是眼球內(nèi)的營(yíng)養(yǎng)液,‘具有維持眼壓和營(yíng)養(yǎng)眼內(nèi)組織的作用。晶體是一個(gè)扁圓形凸透鏡,類似于照相機(jī)的變焦鏡頭,它在睫狀體的作用下能調(diào)節(jié)眼睛清楚地看遠(yuǎn)、看近。玻璃體為無(wú)色透明膠狀體,充滿于晶體與視網(wǎng)膜之間,具有屈光、固定視網(wǎng)膜的作用。

眼球則由眼外肌、血管、神經(jīng)、筋膜等組織固定,懸浮在眼眶內(nèi),周圍充滿了脂肪,以避免眼球在震動(dòng)時(shí)受到傷害。眼外肌共有6條,指揮眼球協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng),分為上直肌、下直肌、內(nèi)直肌和外直肌4條直肌及上斜肌、下斜肌2條斜肌,如果它們的力量不協(xié)調(diào),就會(huì)出現(xiàn)各種斜視。

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人的視覺(jué)通路為:光線從眼睛前面進(jìn)入眼球通過(guò)角膜、房水、瞳孔、晶體、玻璃體,到達(dá)視網(wǎng)膜神經(jīng),再經(jīng)過(guò)復(fù)雜的生物光化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生生物電流,由像電纜一樣的視神經(jīng)把生物電流傳送到大腦視覺(jué)中樞,再由視覺(jué)中樞感知和認(rèn)識(shí)世界。

人眼的最大疑問(wèn)

說(shuō)到這里除了會(huì)感嘆人的眼睛的進(jìn)化是如此精妙絕倫之外,其實(shí)還可以提出很多問(wèn)題。例如,人的眼睛為什么只長(zhǎng)在臉面,而后腦卻沒(méi)有一個(gè)。如果一個(gè)長(zhǎng)在前面一個(gè)長(zhǎng)在后面,眼睛不就能以360度的視野觀察大千世界了嗎?而人眼只長(zhǎng)在前面的結(jié)果同樣決定了人類的一些社會(huì)行為,例如客家人的行為規(guī)范。

客家人是一個(gè)具有顯著特征的漢族民系,也是漢族在世界上分布范圍最廣泛、影響最深遠(yuǎn)的民系之一??图胰说淖嫦仍醋灾性瑲v史上有過(guò)從中原到南方的6次大遷徙。由于身在異鄉(xiāng)而對(duì)故鄉(xiāng)河洛(以洛陽(yáng)為中心的洛河流域)地區(qū)的眷戀,客家人自稱“河洛郎”??图椅幕环矫姹A袅酥性幕髁魈卣鳎硪环矫嬗秩菁{了所在地民族的文化精華。由于客家人行走天下,移民世界,在海外商界不乏成功者,因此有“東方猶太人”之稱。

而從兩宋開(kāi)始,客家人從中原第四次大舉南遷,經(jīng)贛南、閩西到達(dá)梅州,最終形成相對(duì)成熟的、具有很強(qiáng)穩(wěn)定性的客家民系。此后,客家人又以梅州為基地,大量外遷到全國(guó)乃至世界各地。在遷徙的過(guò)程和在異鄉(xiāng)他國(guó)的生存環(huán)境下養(yǎng)成了客家女性的一種習(xí)慣。如果不了解客家女性的這種習(xí)慣,一般人是讀不懂描寫(xiě)臺(tái)灣客家女性的這首小詩(shī)的:

彎腰,低頭

斗笠蓋住歲月

客家老婦的身子

依然健壯有力地站穩(wěn)溪流

前兩行詩(shī)可以用來(lái)描寫(xiě)所有地方的浣衣女,但是,“依然健壯有力地站穩(wěn)溪流”卻是對(duì)客家女的獨(dú)一無(wú)二的歌唱,也是最有詩(shī)意之處。因?yàn)?,在客家人南遷到中國(guó)南部省份和臺(tái)灣之時(shí),客家女也和當(dāng)?shù)氐呐砸粯踊蜃虻旁诤影?,面向河中浣衣洗東西,但由于對(duì)水和其他資源的爭(zhēng)奪,不免與原住民有矛盾和械斗,許多面向河面背對(duì)河岸的女性因無(wú)法防備身后的襲擊而喪生。因此,客家女養(yǎng)成了一種習(xí)慣,改為站在溪流或河流之中,面望河岸浣衣,以防他人的偷襲。因此,一句“依然健壯有力地站穩(wěn)溪流”便濃縮了客家人在向世界各地遷徙后生活的艱辛與凄美。

可以想像,人類的眼睛如果是一個(gè)長(zhǎng)在后腦,一個(gè)長(zhǎng)在面部,就不會(huì)有客家人的這種生活方式了。而且,不僅僅是客家人,所有人都可能以后眼來(lái)觀察世界,防備偷襲只不過(guò)是其中的一種功能而已。

比目魚(yú)眼睛的啟示

眼睛是怎么進(jìn)化出來(lái)的?為什么大多數(shù)動(dòng)物只有兩只眼睛?

不過(guò),人的雙眼長(zhǎng)在面部盡管是長(zhǎng)期演變的結(jié)果,但也有其充分的理由。這種理由是什么,當(dāng)然只有推測(cè)。不過(guò),從比目魚(yú)眼的形成可以獲得一些類似的解釋。

比目魚(yú)喜歡側(cè)著身子貼在海底生活,慢慢地貼在海底那面的眼睛就沒(méi)用了,也看不見(jiàn)什么東西,因而其眼睛移向朝上的一面,而且這一面有顏色,能隨著環(huán)境而改變顏色。而朝下的一面則既無(wú)眼睛也無(wú)顏色。比目魚(yú)的這一特殊形態(tài)和顏色是它在漫長(zhǎng)的進(jìn)化過(guò)程中形成的,目的是能讓它們偽裝性地平躺在海底,等待獵物自投羅網(wǎng),同時(shí)也是為了保護(hù)自己,抵御敵海。

比目魚(yú)眼睛的變化始于仔魚(yú)期。初孵化的仔魚(yú)和其他魚(yú)類一樣,身體左右側(cè)對(duì)稱,眼睛也是左右對(duì)稱,每側(cè)一只眼睛,也與其他魚(yú)一樣游于水體上層。當(dāng)仔魚(yú)成長(zhǎng)到15毫米以上時(shí),一邊的眼睛逐漸往頭頂上移動(dòng)位置,并越過(guò)頭的上緣,從另一側(cè)往下移,直到和另一只眼睛接近時(shí)才停止移動(dòng)。在一邊的眼睛移動(dòng)位置時(shí),背鰭也向前延長(zhǎng),當(dāng)一邊的眼睛移動(dòng)越過(guò)頭頂時(shí),背鰭也延長(zhǎng)到達(dá)頭部后緣。

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由于兩眼都在頭的一側(cè),使原來(lái)對(duì)稱的頭骨也發(fā)生了變化,以適應(yīng)新的生活方式。當(dāng)兩只眼睛移至同一側(cè)后,比目魚(yú)就下沉到水體底層,側(cè)臥于水底生活,或在貼近底層的水中游泳。此時(shí),有眼的一邊向上,無(wú)眼的一邊向下。有眼朝上的一面有色素生成,并且保持原來(lái)的弧形外表。無(wú)眼朝下的一面則很少有色素產(chǎn)生,多為白色,也有少數(shù)個(gè)體散布著褐色或黑色斑紋。同時(shí),朝下一面的外形平切,就像一尾魚(yú)從中線剖開(kāi)形成的半邊魚(yú)。

關(guān)鍵意義就在于,比目魚(yú)為了生存是打破了生物的基本原則之一——對(duì)稱性。因?yàn)闊o(wú)論是昆蟲(chóng)、鳥(niǎo)類、魚(yú)類還是哺乳類乃至人類,很多生物都具有左右對(duì)稱性。而有一些低等生物則是輻射對(duì)稱,例如海星、水母。但是,同樣重要的是,比目魚(yú)打破的只是一般的左右對(duì)稱的關(guān)系,但卻創(chuàng)造了另一種與人類一樣的非對(duì)稱關(guān)系。

正如自然法則一樣,有對(duì)稱,也就有非對(duì)稱。人的非對(duì)稱關(guān)系體現(xiàn)在前后關(guān)系上。臉面、胸、肚子和后腦勺、背脊、屁股是非對(duì)稱的背腹關(guān)系。比目魚(yú)打破眼睛左右對(duì)稱的關(guān)系卻演化成新的背腹關(guān)系,兩只眼睛都長(zhǎng)在了背側(cè)。而僅從這同一側(cè)來(lái)看,它的眼睛其實(shí)還是與人的眼睛一樣,是左右對(duì)稱的,只不過(guò)人的雙眼是在腹側(cè)一面。

比目魚(yú)眼睛的這種演變是逐漸進(jìn)化的結(jié)果。芝加哥大學(xué)的一位進(jìn)化生物學(xué)博士生馬特·弗雷德曼證明了這一點(diǎn)。他在來(lái)自維也納的化石里發(fā)現(xiàn)了比目魚(yú)的過(guò)渡類型,是遠(yuǎn)古第三紀(jì)時(shí)期的“歪眼魚(yú)”化石,其中一個(gè)是已知物種,學(xué)名叫做Amphi stium。起初研究人員把Amphi stium歸為“類比目魚(yú)”,認(rèn)為這種不對(duì)稱的“歪眼”是化石形成過(guò)程中的物理變形造成的。

而馬特對(duì)多個(gè)Amphistium的化石標(biāo)本進(jìn)行X射線斷層攝影分析后,認(rèn)為這些標(biāo)本的眼睛不對(duì)稱程度一致,說(shuō)明“歪眼”并非物理變形,而是在兩眼左右對(duì)稱的魚(yú)和兩只眼睛完全長(zhǎng)到一邊的比目魚(yú)之間的某種中間類型,是一種中間產(chǎn)物。因此,比目魚(yú)的雙眼從左右對(duì)稱移位到同一側(cè)是自然演化的結(jié)果。

更多的優(yōu)勢(shì)

從比目魚(yú)的情況可以推論人眼的情況。人眼既符合左右對(duì)稱的原則,也符合腹背非對(duì)稱的規(guī)律,它與比目魚(yú)的眼睛一樣都是適應(yīng)環(huán)境的結(jié)果。如果要使前后都看得到物體,就需要打破左右對(duì)稱的器官分布,而改為腹背對(duì)稱的分布。這種前面一個(gè)眼,后面一個(gè)眼的布局需要有像比目魚(yú)那樣的生活方式,但人類并沒(méi)有類似比目魚(yú)那樣的生活方式。當(dāng)然,也可以讓后面有兩個(gè)眼前面也長(zhǎng)兩個(gè)眼,但是,生物的適應(yīng)環(huán)境也有一個(gè)原則,即牛頓所說(shuō),自然不行徒勞之舉,少已夠用,多則何益?在兩只眼已足夠人使用的情況下,即使有著背部看不到東西的缺點(diǎn),要彌補(bǔ)這一缺陷只需轉(zhuǎn)過(guò)身來(lái)即可。同時(shí),我們還要看到人眼的更多功能和優(yōu)勢(shì)。

人眼在明暗處都能視物以及能看到顏色就是人眼的優(yōu)勢(shì)。除了瞳孔的調(diào)光外(調(diào)節(jié)靈敏度在16倍左右),人的視覺(jué)取決于眼球的視網(wǎng)膜上的兩種感光細(xì)胞,視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞。視桿細(xì)胞主要是分辨明暗。

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視桿細(xì)胞中有一種視紫質(zhì)的感光分子,可以在感受到非常微弱的光后,發(fā)生分子結(jié)構(gòu)的改變,并將此信號(hào)傳到細(xì)胞內(nèi),再通過(guò)一系列的信息分子,傳到大腦的視覺(jué)中樞,使得眼睛對(duì)光的靈敏度增強(qiáng)很多倍,使信號(hào)的強(qiáng)度短時(shí)間內(nèi)也放大了很多。而視錐細(xì)胞的功能就是讓我們能分辨顏色,看清赤橙黃綠青藍(lán)紫。

附帶要說(shuō)明的是,以前人類認(rèn)為能看清色彩是人的特有視覺(jué),但事實(shí)上,一些動(dòng)物也能辨別顏色。例如,火雞為什么要利用尾羽的色彩,

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孔雀為什么要展開(kāi)色彩斑斕的尾屏?

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達(dá)爾文的回答是,在自然選擇與性選擇之間存在著某種平衡。雄性是依靠顏色誘惑雌性的。既如此,雌性就得有辨別色彩的眼睛。所幸的是,現(xiàn)在依靠一些特殊的攝像設(shè)備和對(duì)不同動(dòng)物的解剖學(xué)分析證實(shí),雌性的確能分辨出不同顏色,甚至能看到人類無(wú)法看到的紫外線區(qū)域的色彩。

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