如果你了解人類眼睛的結構，一定會驚歎于其設計的精妙。

人類的眼睛與照相機存在奇妙的相似性：

鞏膜相當于照相機機身；瞳孔就像光圈，光圈的大小受到虹膜的控制；

角膜和晶狀體像一組透鏡；視網膜相當于相機底片。

而且眼睛可以和相機一樣調整焦距，讓圖像清晰地投射在感光細胞上。

感光細胞中的視黃醛再将接受的光信号轉化為電信号，我們就能夠看到外界的事物。

（視黃醛）

眼睛的結構如此複雜而精妙，就像鐘表一樣，似乎是某個鐘表匠精心設計的結果，很多人因此認為眼睛不可能是随機進化出來的産物，因為眼睛的複雜結構不能随便加以簡化，否則就會出現功能失調。

假如你從鐘表中随便抽出一根發條，就會導緻整個鐘表功能的崩潰，眼睛也一樣。

那麼，複雜而精妙的眼睛究竟是如何進化出來的呢？

眼睛的進化過程曾經困擾過達爾文。

他深知，如果他不能用進化論解釋複雜的眼睛結構是進化的結果，那麼神創論者就會以此為例攻擊進化論，說眼睛是上帝創造的結果。

在神創論者看來，眼睛的結構越是精妙，就越有可能證明上帝的存在。所以，達爾文給朋友的信中寫道：每次想起眼睛的結構，我都會不寒而栗。

當時人們還不太了解眼睛的進化過程，類似的困惑當然可以理解。現有的證據表明，眼睛的進化完全符合自然選擇的一般原理，那确實是一個從簡單到複雜的不斷遞進的過程。

早在眼睛出現之前，生命就可以感知光線，比如海水中有一種嗜鹽菌，其體内含有兩種感光色素，分别可以感受藍光和橙光。

由于不同光線在海水中的穿透能力不同，藍光主要出現在淺海區，橙光則可以射進深海區，感受到不同的光線等同于測知了不同的海水深度。

從這種意義上說，嗜鹽菌其實已經擁有了彩色視覺。盡管它沒有眼睛，卻能夠感知光線，我們可以稱之為無眼視覺。

水螅也有無眼視覺。一般來說，水螅營固着生活，應該不需要眼睛，畢竟它不需要四處遊動追逐獵物。盡管如此，水螅的觸手仍然對某些光線敏感，可以及時察覺附近光線的變化，從而有助于捕獲浮動的遊蟲。

眼蟲的視覺能力與水螅的類似。從外表上看，眼蟲似乎有一個紅色的眼睛，那其實不是眼睛，而是眼點。

眼蟲本來隻有一個細胞，當然不可能進化出眼睛來。不過眼點的作用已經和眼睛的作用非常相似，它的功能不是感知光線，而是遮擋光線。

真正的感光色素在其鞭毛的根部。當眼蟲移動時，細胞内的眼點也會随之移動，不斷擋住外來的光線。

眼蟲可以依據陰影的方向判斷光線的方向，從而決定是向着光線遊動，還是避開光線。眼蟲就是根據如此簡單的視覺系統做出趨光反應或避光反應的。

簡單的感光系統經過不斷進化，分子設計越來越精妙，感光結構越來越複雜，感光能力自然也就越來越強大。

到五億多年前，真正的眼睛突然在化石中出現，那時正處于寒武紀生命大爆發的前夜。所以有學者認為，正是眼睛的進化發展促進了寒武紀的生命大爆發，此前的世界一片黑暗，此後的世界五彩缤紛。

在眼睛的驅動下，寒武紀動物不斷進化出敏捷的運動能力，然後憑借空前的運動能力，在海裡展開了捕食與反捕食大戲。出于戰争的需要，它們還披上了厚重的铠甲——所以它們是甲殼類動物的先驅。

最簡單的眼睛隻是一個平面，上面均勻分布着一些光敏細胞。比如深海火山口附近生活的盲蝦，其後背就長着一片裸露的視網膜，也就是一層沒有保護膜的光敏細胞。在原始的生命體系中，這種簡單的設計随處可見，而且可以出現在身體的任何部位。蚯蚓就是這樣。

一般來說，你很難看出它們的眼睛長在哪裡，因為它們的眼睛可以長在任何地方，和其他部位并沒有什麼明顯的差異，隻是多了一層光敏細胞而已。

如果你願意把那稱為眼睛，那麼水母周邊的褶皺上也長滿了“眼睛”，而海星的“眼睛”則長在觸手的頂端。

在這種原始的視覺體系中，由于光敏細胞平鋪在身體表面，因此無法識别光線射來的方向，隻能感知光線的強弱明暗。

對于蚯蚓來說，它們隻需要準确判斷自己到底是暴露在陽光照射之下，還是躲在樹葉下，或者鑽在泥土中，就已心滿意足了。多餘的光線信息對它們來說反而是累贅，它們并沒有多餘的神經細胞去處理這些複雜的内容。

相對而言，蝸牛常年在地面上活動，眼睛就要比蚯蚓的複雜一些，對于光線的強弱更加敏感。

邏輯很簡單，蝸牛必須了解光線的強弱，一隻總在太陽底下暴曬的蝸牛，将很快變成死蝸牛。它們除了需要分辨光線的強弱，還要分辨光線射來的方向，以便用最快的速度躲開陽光的追殺。

為了達到這個目的，蝸牛的眼睛必須比蚯蚓的高級，但也沒有高級多少，它們隻是将光敏細胞層稍微向下凹陷了一點，就像一隻淺碗，光敏細胞分布在碗底。

如此一來，不同方向射來的光線就會射在“碗”裡的不同部位。比如從右側射來的光線，隻會照在“碗”的左側内壁。

隻要左側内壁的光敏細胞捕捉到了光刺激，蝸牛就知道光源來自右側。這樣蝸牛就完成了對光源的基本定位，從而可以迅速做出規避行為。

當然也不需要太迅速，畢竟光線移動的速度有限，所以蝸牛躲避的速度也不必太快，它隻需要在被曬死之前躲到樹葉底下就萬事大吉了。

除此之外，蝸牛同樣不需要收集過多的光學信息。它不吃花粉，不必辨别花朵的色彩；它也追不上其他昆蟲，視覺不需要多麼犀利。

它們隻需要一個小小的碗狀眼睛，雖然不能清晰成像，卻可以有效躲避陽光，不被曬成肉幹，成為自然選擇的赢家。

比碗狀眼睛更高級的是瓶狀眼睛，瓶狀眼睛向下凹陷更加明顯，以至于形成了瓶子結構。瓶子内部的光敏細胞更加密集，隻留下一個小小的瓶口供光線進入，然後通過小孔成像原理在瓶子底部形成簡單的圖像，展示更多外部信息。

珍珠貝就長着這樣的眼睛，不過它們的瓶口是敞開的，上面沒有瓶蓋，也就是沒有晶狀體，因此很難得到清晰的圖像。

為了解決這個問題，三葉蟲改善了眼睛的設計，在瓶口加了一個蓋子，那不是普通的蓋子，而是透明的方解石結晶體，相當于原始的晶狀體，主要起到透鏡的作用，可以聚焦光線，使瓶底的圖像更加清晰，這樣視覺能力得到了成百倍的提高。而人類眼睛的晶狀體已經進行了大幅改進，其中富含各種晶狀體蛋白，成像效果當然是方解石結晶體所無法比拟的。

盡管眼睛的結構越來越精細，但隻是添加了越來越多的部件而已，比如虹膜和肌肉等，可以有效調節攝入光線的數量，保證眼睛的成像質量，但其基本的光學成像原理，與三葉蟲的并沒有本質區别。

由此可見，眼睛看似精妙，卻并不神秘，那隻是在漫長的時間長河裡一步步累積進化的結果，是對光線和色彩做出反應的最有效機制。

計算機模拟結果表明，複雜的眼睛結構完全可以在很短的時間内進化完成，從簡單的眼點到複雜的照相機式的眼睛，大概隻需要三十六萬年左右的時間。

與漫長的地質年代相比，三十六萬年很短暫。或者說，自然有足夠的時間來測試眼睛的結構，以便尋找最為高效的視覺設計。畢竟，自從寒武紀生命大爆發以來，已經過去了五億年左右的時光。對于進化來說，時間就是最寶貴的财富。

雖然生命有充足的時間來設計并完善眼睛，但據推測，事實上眼睛的結構可能隻進化過一次，這就是眼睛進化的單起源論。與此相對應的是多起源論，即相信眼睛曾經獨立起源過好幾次，因而在地球上形成了幾種完全不同的眼睛類型。

為了驗證哪種理論更加正确，研究人員對比了不同生物的眼睛結構、光感受器類型、眼睛的胚胎發生過程以及感光神經的位置等解剖學特征，綜合分析得到的結果是，眼睛至少存在四十種起源方式，或者說曾經獨立進化過四十次。

如果真是這樣，那麼多起源論就是正确的，但在進化邏輯上很難說得通，因為如此不同的眼睛結構，彼此之間勢必存在激烈的競争，最後必然有一種最高效的眼睛結構占據上風，也就是隻有一種眼睛的進化模式能得到自然選擇的青睐。這就是單起源的主要觀點，他們不相信眼睛會有如此複雜的進化來源。

問題在于，眼睛結構很難留下化石，研究人員隻能另辟蹊徑，從基因中尋找蛛絲馬迹，結果真的找到了。這個基因就是Pax6基因，中文意為“第六号配對同源框基因”，在生物發育過程中控制着許多性狀，其中之一就是負責眼睛的形成。為簡便起見，我們不妨将其稱為眼睛基因。

眼睛基因相當保守。我們說某個基因保守的意思，是指它很少出現突變，以至于在不同的物種中都保持着相似的序列和相似的功能。

眼睛基因正是這樣，可以跨越物種，誘導眼睛的形成。研究人員首先在小鼠體内得到了眼睛基因，然後把這個基因克隆進了果蠅體内，結果居然誘導果蠅在很多部位都長出了眼睛，這一實驗證明眼睛基因在不同生物體内可以通用。

這意味着什麼呢？這意味着眼睛可能隻進化過一次，大家都采用了相同的設計方案，表面的差異無法抹去基因的本質。無論蒼蠅的複眼，還是章魚的單眼，都隻不過是進行了局部調整而已，以便應對不同環境下的視覺需要。

億萬年以來，眼睛基因的基本序列都沒有出現劇烈的改變，這可以看作是支持單起源理論的重要證據。

另外一個重要證據是，所有眼睛的感光系統都以視蛋白為核心，盡管不同的動物擁有不同的視蛋白，但它們全部來自同一個祖先。在眼睛基因和視蛋白兩個重量級的證據面前，我們當然更傾向于相信單起源論。

既然單起源理論成立，我們就可以得出這樣的推論：無論多麼複雜的眼睛，都起源于最簡單的眼點。現在研究者已經構建了眼睛從簡單到複雜的進化路線圖。如果你願意，完全可以把三葉蟲的眼睛視為半個眼睛，甚至是0.3個眼睛，但這樣的眼睛對于三葉蟲來說仍然不可或缺。也就是說，簡約化的眼睛依然可以為動物帶來明确的生存優勢。

眼睛不但可以從簡單向複雜性方向進化，還可以出現簡化甚至退化，這是完全符合進化論的一般原則的。

複雜化并不是進化的終極方向，而隻是一個副作用。許多生活在沙漠暗河中的動物，最終都會失去眼睛，因為在地下暗河中，眼睛不會受到光線的刺激，從而失去了用武之地。

維持視力需要消耗大量能量，所以在不必要時丢失眼睛，就等于甩掉了無用的負擔，也會變成一種生存優勢。盲眼鳗魚等地下洞穴動物，基本都是這種機制的犧牲品，或者說是勝利者。

不過奇怪的是，那隻是表面變化，而非基因層面的變化，許多盲眼動物仍然保留着眼睛基因，序列上沒有任何問題，隻是被DNA甲基化封鎖了基因活性，所以不會表達出外在的眼睛來。

以上内容選自《生命的色彩：我們為什麼沒有綠色的頭發》

-------------------------------------------------------------

《生命的色彩：我們為什麼沒有綠色的頭發》

作者：史鈞

出版社：重慶出版社

出版時間：2021年1月

定價:45元

這個世界的魅力無處不在，我們需要對這個世界保留較多的探索之心。每一次的探索都是對人類乃至動物界的一種探索過程。

作者在書中呈現邏輯清晰的科學知識不僅僅讓我們拓寬了科學視野，更讓我們意識到了科學背後的各方不易。從發現光波開始一步步走進這個五彩斑斓世界的進化曆程與選擇機制，是無數科學家努力的結果。

如果你也喜歡生物一定不要錯過這本生命與色彩的百科全書。

更多精彩资讯请关注tft每日頭條，我们将持续为您更新最新资讯!