在生物的演化中,眼睛的出現就是一件非常神奇的事情。
眼睛的起源,其實非常非常的早。
從生物的進化還處于單細胞階段,眼睛最初的功能就出現了——感光。感光色素的出現,給了單細胞生物感受光存在的能力,也就出現了生物的趨光性。尤其對于通過光合作用自養的生物來說,擁有趨光性對于其生存有着極大的好處。舉個典型又非典型的例子——眼蟲:
眼蟲
眼蟲的眼點内含有感光色素,眼點具有感受光的強弱的能力。并且眼點呈杯狀,光隻能從“杯子”開口的位置射入,這有給了眼蟲感受光方向的能力,以便其調整運動的方向,更好地進行光合作用。
眼蟲的非典型性在于眼蟲既有植物的特征(葉綠體,光合作用),又有動物的特征(鞭毛,運動),并非動物進化樹中的一支。
擁有感光能力的并非隻有動物的眼睛,動植物中都存在着感光器官,但它們的作用是感受晝夜的變化,調節生物的節律。
圖中三角渦蟲頭部兩個黑點即眼點
這時候的“眼睛”,仍然是個杯狀的小水坑,内含含有感光色素的細胞。可以讓特定方向的光線射入,感受光線的強弱方向。不同的是,這個小水坑不再是由一個細胞器組成,而是由多細胞構成的一個簡單而原始的器官了。而杯子的底部,就是原始的視網膜。另外,動物的神經系統的進化與發達,也是眼睛進化功能的巨大助力。畢竟眼睛是服務于神經系統的感受器,神經系統需要足夠發達,才能處理眼睛收集到的信号并作出正确的反應。
圖為三角渦蟲的梯狀神經系統
低等動物的眼睛,隻具有感受光的強弱、方向的能力,其形态、數量都與我們所熟知的眼睛結構相去甚遠。例如水母的眼睛的視網膜是一塊内含色素的闆狀結構,文昌魚的眼睛隻是神經管側的兩個小黑點。
在繼續進化的路上,不同環境中的動物,受到的環境壓力各不相同,自然選擇的結果也天差地别,這也導緻了眼睛的進化也呈現出很高的多樣性。
我們先來看看,向着 人/哺乳動物 方向進化的這一支的眼睛的變化。首先眼睛的大小和形态發生了一系列的變化:
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眼睛由原來隻是充水的洞,逐漸演化出封閉的内部結構——視網膜-玻璃體-角膜-晶狀體-虹膜等等。眼睛在結構上變得更加複雜,内部更加穩定。
由于角膜、晶狀體等結構,對于光線的折射作用更大,因此在這一過程中,眼睛的曲率也必然發生了變化。
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每一個新的結構出現,對于眼睛的視覺能力,都有着質的飛躍。
首先空洞被細胞液填滿,這使得眼睛結構具有更加穩定的折射率,并且對視網膜起着保護作用。這一結構功能等同于人眼的玻璃體。
角膜的出現将眼睛封閉,結構更穩定,并且制造了更大的折射率,增加了視野。
晶狀體以及其周圍的睫狀肌的出現,晶狀體的收縮舒張,讓眼睛實現了可以手動對焦的能力。
虹膜的出現,又讓眼睛可以調節進入眼睛光線的多少,以便适應不同亮度的環境,增加了調節光圈的能力。
(我用照相機的結構來描述眼睛各部分的作用,其實照相機才是人眼睛的山寨版!)
伴随着眼睛結構的複雜化,必然是視神經與中樞神經更加的複雜化。視網膜上多種視覺細胞和感光色素的出現,意味着眼睛也告别了黑白電視時代,開始有了色彩。人的視網膜感光細胞主要分為兩類,視杆細胞和視錐細胞。
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視杆細胞内含的感光色素是視紫紅質,視杆細胞負責感受光的強弱。而視錐細胞負責感受色彩,目前主流學說認為存在3種含有不同感光色素的視錐細胞,通過對于紅綠藍3種顔色的反應組合,而構成了人眼所見的色彩。
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