探知世界的本领——眼睛的五亿年进化史


探知世界的本领——眼睛的五亿年进化史


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探知世界的本领——眼睛的五亿年进化史


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探知世界的本领——眼睛的五亿年进化史


【探知世界的本领——眼睛的五亿年进化史】1860年 , 达尔文写信给美国植物学家阿萨格雷:“迄今为止 , 眼睛让我感到不寒而栗 , 但一想到那些已为人所知的精妙渐变阶段 , 我的理性就告诉自己 , 我必须克服这种不寒而栗 。 ”人的眼睛是一个神奇的部位 , 双眼可以探查的地方 , 小到可以“明察秋毫 , 见藐小之物必细察其纹理” , 大到能够“张目对日” , 这是大自然赐予生物探知世界的本领 , 更是无与伦比的能力 。 正因眼睛如此灵巧 , 以至于它曾让达尔文对眼睛进化的程度“不寒而栗” 。 事实证明 , 从五亿年前起 , 眼睛确实是以令人惊叹的速度进化演变着 。

眼睛的起点:感光点
眼睛的形成 , 最初起源于一个“感光点” 。 正如在单细胞生物中所发现的那样 , 感光点是连接在生物体鞭毛上的光敏蛋白 , 当感觉到光源时 , 光敏蛋白被激活 , 从而驱动鞭毛游动来获取食物 。 当这种感光细胞大量聚集在一个区域之后 , 就形成了眼点 。
为了更好地感知入射光线的方向 , 眼点进一步演化 , 开始向下凹陷 , 形成一个小坑 , 通过光线进入小坑产生的阴影来判断光线的位置 。 如扁形动物中的涡虫 , 凭借着这种结构寻找遮蔽体、躲避猎食者 , 至今仍保持着这种结构 。

涡虫
小孔成像:眼球的雏形

适者生存 , 功能强大的感光细胞使生物能够更好地获取食物 , 为了保护感光细胞 , 感光体的凹陷逐渐演变得越来越深 , 同时前端的开口处变得越来越小 , 并逐渐演变成小孔的形状 。 这个变化的结果就带来了“针孔效应” , 也就是“小孔成像” , 因在同一种介质中光沿直线传播 , 所以光线穿过小孔时光源上下部分交换 , 但成像形状不变 , 与光源形状相同 , 所以到了这个阶段 , 位于眼睛底部的感光细胞不仅能感受到光 , 还能感受到物体的影像 。 虽然针孔眼只能看到简单而模糊的图像 , 但此时这个可以成像的器官已经可以称之为“眼睛”了 。

小孔成像
晶状体:眼睛的最终形成
凹陷伴随着脏东西的堆积 , 为了避免脏东西进入 , 生物进化出包裹住前端开口并使眼球内部能够充满液体的透明细胞 , 以优化光敏感度和对光的处理 , 此时的眼睛不仅能够感受光线和辨识图形 , 还能够看到颜色了 。 接着 , 眼睛表面继续形成一种蛋白质结晶——“晶状体” , 晶状体的形成使得光线能够聚焦在视网膜的一个点上 , 作为“镜片” , 晶状体在眼睛视物时起到了关键的调节作用 , 可以通过改变它的曲率来调节近景和远景 。 至此 , 人眼的基础结构已经形成 。

改良:眼睛进一步优化
随着眼睛基本形成 , 生物进一步进化改良 , 包括形成虹膜(控制进入眼睛的光线数量)、巩膜(用来保持眼睛的结构)、泪腺(分泌保护性的薄膜)等等 。 同时 , 一同进化的大脑用其不断扩大的视觉皮层来加工它所接收到的更加清晰多彩的图像 。

总而言之 , 眼睛对于生物的演化起到了重要的作用 , 视觉系统的进步可以让一种生物称霸整个生物界长达上亿年 。 而如今拥有高等智慧的人类 , 也凭借着机械的手段不断拓展着我们的视觉能力 , 比如通过望远镜观察深邃的太空 。 医生和科学家在寻找不同方法来帮助视障患者治疗眼睛以及研究植入物 , 如激光手术和ICL晶体植入能够帮助矫正近视、人工晶体植入治疗白内障等 。 或许在未来 , 眼睛可以超越如今的进化程度 , 在科技的辅助下 , 让人类不再受限于各种“盲点” , 能够无拘无束地眺望宇宙 。

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