追墨之人分享 http://blog.sciencenet.cn/u/墨人刘

博文

进化之睛(1)

已有 9254 次阅读 2007-5-16 19:32 |个人分类:系列散文:器官自然史|系统分类:科普集锦

进化之睛(1)


      昨晚你在酒吧买醉时,遇到一个满嘴酒气的长胡子老头。他夸口说只要使劲摇晃一个装满零件的盒子,就可以组合成一块完好的钟表,你会信吗?当然不信,你只会相信水变油。


      要是再加上两个条件呢?第一,有办法判断每次合适的组合并保留下来,就是说:如果某两个零件的组合是正确的,就可以一直保留下来,在此基础上累加其它的零件。第二,这人一直坚持摇动盒子,长达几百年甚至更久,如果他还可以活那么久并且你不急着用钱的话。


      本文开头的假设就是一百多年以前神创论者向进化论举起的狼牙大棒。这本来已是陈年旧事,但现在似乎又有甚嚣尘上之势,不得已鄙只好重新翻出来炒冷。神创论者们认为人类的眼睛是自然界最精妙的器官之一,精致到只有抬出上帝才能解释,相反进化论的解释就如同飓风组装飞机、瞎摇合成手表一般。


      不过事实绝不是瞎摇晃那么简单。让我们来历数动物界的眼睛是怎样一步步组装出来的罢。涡鞭毛虫的眼点由简单的几个细胞组成 ,并无神经相连,只能定性感受到光的有无;水母的板状眼已经可以感受光的强弱和方向;涡虫的眼凹陷进去像个杯子,可以聚集光线,因而更为灵敏,也有神经联系,但是还不能调节焦距;章鱼开始出现类似人类的大眼,晶状体可以改变屈度从而依照物体的远近调焦。这种循序渐进过程不是正好符合第一条附加条件的内容?再往下发展就应该是色觉的产生、精细的立体感、明暗分工的光感应细胞、细长的睫毛和弯弯的柳眉了。


      和神创论者同期相伴的还有年轻的地球年纪。1650年(有人说是1654年或1664年)爱尔兰教会的厄舍大主教对《圣经》中的史料进行仔细认真研究后,非常严肃地宣布:地球创造于公元前4004年10月23日中午。厄舍的观点主宰科学界直到19世纪。后来有人认为地球并没有想像中那么年轻,19世纪中叶的很多学者认为地球起码有几百万甚至几千万年。但是当达尔文宣称创造英格兰南部某地区的地质进程需要306662400年时,人们还是大吃一惊,满地找牙。一直到1953年,彼德森通过测量陨石中铀和铅的含量宣布地球的年龄至少有45.5亿年(误差7000万年),这个纪录继续保持。彼德森后期为废除含铅汽油而努力,却并未获得足够的名气(《自然》杂志的书评中甚至认为他是女人!),匡论诺贝尔奖了。神创论者们可能无法想像世界在创世者诞生之前的几十亿年就存在了,然而只要我们相信原子弹确实曾在空中爆炸,这个数据就是基本可信的。


      结合以上两组证据,我们认为:精妙的眼睛完全可以由地球自己创造。


     或许同样出于对眼睛精妙绝伦的构造的叹服,我们更古老的祖先认为眼睛具有超自然的力量。道教认为有个主管视觉器官是神明,《黄庭内景经》说他叫“明上”字“英玄”。二郎神有一只多出来的天眼可以作为激光武器。直到现在,一旦有什么大师出世,也必然要具备一双通天神睛。


      欧洲人认为魔鬼和魔力生物的目光能使对方软弱无力或直接杀人。希腊神话中的美杜莎的目光就可以把人变成石头,英雄Perseus拿盾牌做镜子不直接看她才最终砍下她的头颅。后来美杜莎的头甚至成了女神雅典娜盾牌上寓意威胁力的标志。

(图1:英雄Perseus借助盾牌杀死性感的Medusa,后者的头颅成为雅典娜盾牌上的装饰物)
      生命世界中确实有动物目光具有杀伤力的例子。狮子有时不需要追击就可以捕获猎物,如果这羚羊形单影只且足够胆小。被一只传说中可以轻易取人性命的猛兽盯着自然很骇人,换作是我也会心跳加速,难免单纯的小羚羊们不会心脏病发作。有确切证据表明有些品种的鸽子和鸡在受到惊吓后会突然倒地假死,这些鸡只自然很受农场主和偷鸡贼们的喜欢。


      小昆虫们似乎也知道眼睛的杀伤力,于是它们狐假虎威地在身上进化出这样的文身:大眼斑。和用于显摆的低阶文身不同,它们的纹身是用来保命的。蝶蛾类和其他昆虫翅上象脊椎动物眼睛的大斑点,平时隐藏,在受惊扰时会突然暴露,很多时候可以吓跑小鸟。毫无疑问,这样的眼斑越大越逼真,就越有效。

(图2:Peacock Pansy蝶翅背面和青虫头部的大眼斑,吓唬小鸟用的。)
      我们也可以预测,只要恐吓方法可靠有效,这种大眼斑就会往这个方向继续进化,越来越逼真。甚至连昆虫自己都相信自己真的拥有炯炯有神的大眼,就像到最后,大师们自己都认为自己真的有了天眼。


      17世纪的欧洲人认为人眼之所以能看到东西是因为眼睛可以发出光线,就如看不见的触手一般。物体被光触手摸到后才会被看到。如果真是这样的话,一种奇妙现象就可以完美解释了。我们在被人从背后盯视时常常会有如芒在背的感觉,以致认为这是第六感。可是这又会导致一个实用性的问题。在众人聚集之地,我怎么避免同别人的光触手互相缠绕?


      现在我们知道光线是从物体反射进我们的眼睛的,准确的说,应该是进入瞳孔。眼黑包括两个部分,外周呈棕色或灰色的部分是虹膜,这部分的颜色可以遗传,和疾病状况有关系。当然了,我们也可以通过几块钱的劣质隐形眼睛来改变颜色。


      虹膜中央有一个小孔供光线进入,眼科医生们通过这个小孔给后面的视网膜照相。瞳孔就如照相机的光圈,通过改变大小来调节光线的进入量,明亮处关小,黑暗中开大,就如白天黑夜的猫眼一般。另有研究表明瞳孔较大的人比较有吸引力,我希望不是因为死人的瞳孔完全放大的缘故,更希望这是因为放大的瞳孔表明对方很放松,值得信赖。这项研究可以解释在昏暗的酒吧餐厅内,除了不容易看清楚对方的缺点之外,确实有别的因素有助于增加浪漫感。


      利用瞳孔的特点,我有如下恋爱秘技可供参考:带她坐过山车,或者请人突然袭击你的后脖颈。这两种方法都可以让自己和对方的瞳孔扩大,这是恐惧的非条件反射。瞳孔扩大,可以让更多光线进入眼球,有利于探清周围环境。


      在瞳孔的外面覆盖着角膜,这块向外突出的透明硬膜可以防止光线之外的异物跑到眼内去,同时也为一个外科手术提供材料。近视眼是由于眼球前后太长或晶状体太屈度太大而造成的,所以必须戴中央凹进去的近视镜予以矫正。现在的人们更绝,直接就在角膜上打主意:把角膜磨得更平,就相当于戴上一副凹透镜。在这里我俨然看到了四眼鱼的影子。这种原本生活在中南美洲淡水和咸淡水中的鱼儿,因为奇特的眼睛而成为四处可见的观赏鱼。它们的角膜被一块皮肉分成了上下两部分,上半部分露在水外,可以看到近水面的昆虫和防止鸟类袭击,下半部分可以同时观察水下的情况。众所周知,空气和水的折射率是不同的,在空气中看水下会觉得比实际的浅,反之亦然。有了这么双奇妙的角膜,折射率的差异就可轻松搞定,这种设计和富兰克林发明的近视远视眼镜有异曲同工之秒。我只是不明白舜的重瞳除了吓人之外,到底还有什么奇妙的意义呢。

(图3:四眼鱼在水中潜伏的图片,可以同时观察水面上下的世界)
      这道手术充分迎合了懒惰的需求,以及对身体有诸多苛求的某某考试,于是全面铺开,惟一遗憾的是角膜似乎不够厚,没办法在上面开凿出一个池塘来。


      没关系,瞳孔往内还有眼科医生们的用武之地。那里有一块较厚的晶状体,可以想像,有朝一日医生们或许会把近视手术的疆土拓展到这里来。不过现在这里暂时还算平安,除了偶尔晶状体周围的液体因为压力太大而往外突出,造成青光眼。

(图4:瞳孔和它的邻居)
      晶状体是个弹性十足的凸透镜,和相机的镜头一样,它们也可以调节焦距。不过是通过肌肉调节屈度进行的。比起相机上的调焦马达,晶状体的调焦更为精确而且安静,这让工程师们很嫉妒。所以最近他们在尝试一种液体镜头,打算向眼睛学习。晶状体通过改变焦距使前后不同位置的物体都能在后方的视网膜上准确聚焦,从而能看清楚前后不同的物体。


      但是有个难题,在某一个时刻,眼球所能聚焦的范围仅仅只有视野中的一小片区域,其余区域都只是雾里看花。用摄影术语来说,eye牌相机的景深非常浅。那为什么我们看到的是一个完整的清晰视野呢?这个问题的解决有赖于眼球的多动症。每秒钟眼球都会以很快的速度扫描整个视野,大脑再将扫描到的小范围清晰图案拼合为一张全景图。从这方面来讲,视觉只不过是个糊纸工。因为速度实在太快,连我们自己都没觉察到。NASA的科学家也深喑此道,不过速度就慢多了。




https://blog.sciencenet.cn/blog-729-2152.html

上一篇:可怜之舌,亦有可恨之处(危险处境中的危险齿舌 之四 完结篇)
下一篇:进化之睛2
收藏 IP: .*| 热度|

0

发表评论 评论 (2 个评论)

数据加载中...
扫一扫,分享此博文

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备07017567号-12 )

GMT+8, 2024-4-27 04:52

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007- 中国科学报社

返回顶部