有研究显示,人眼“像素”高达5.76亿,如此精密的眼睛,真真是进化出来的吗?
当然是进化出来的,而且脉络十分清晰。
(资料图片)
单细胞生物已经具备感光能力,拥有眼点。
动物演化成腔肠动物之后,便出现了神经细胞。演化成扁形动物之后,神经系统开始集中,变网状神经系统为梯形神经系统,视觉细胞也开始集中在了动物的“头部”。
在扁形动物中,有一个叫做PAX6的古老基因,这个基因令扁形动物头部,出现了能够汇聚色素的凹陷。这个凹陷,可以说是,眼睛的最初形态。
扁形动物作为两侧对称动物,左右分别一个眼点,无论捕食或者躲避天敌,是能保证生存的最少眼睛数目。
PAX6的基因源头,大致能追溯到最初的两侧对称动物。学界一般认为,像浮浪幼虫的原始腔肠动物分别演化成了腔肠动物和两侧对称动物。
为什么后来的两侧对称动物,都具有PAX6基因?
我们可以这样认为,没有PAX6基因,不具有更强感光能力的动物,都被吃灭绝了。
那么,扁形动物为什么恰好就是两个凹陷眼点呢?
薛定谔在《生命是什么》一书中,提出了生命以负熵为食的观点。生命体,也是热力学上的耗散结构。不清楚概念的,可以简单理解为:这是一种动态的稳定有序结构。
生命体内能量消耗,会不断产生熵,那么就需要摄入负熵。这便是新陈代谢,如果新陈代谢被破坏,生命体也就宣告死亡。
那么,这和眼睛的演化有什么关系?
因为生命体作为耗散结构,也是最节能高效的。如果两只眼睛帮助摄入的负熵比起能量消耗产生的熵比值最高,那么一只眼睛或者更多的眼睛,都会让生命处在更不利的竞争环境之中。
简而言之,更多的眼睛需要更多的能量消耗,就需要摄入更多的食物。哪怕一开始有扁形动物演化出了更多的凹陷眼点,在食物匮乏的时候,它们可能率先灭绝。
正是因为PAX6基因提供的眼睛演化的基础模板,于是在寒武纪生物大爆发的时候,来了一场视觉大爆发。
基本上原始的节肢动物、头足动物,以及脊索动物,循着PAX6基因提供的原始模板,打造了三个完全独立的视觉进化之路。
节肢动物通常具有一对复眼。
如果有人观察过苍蝇的眼睛,应该能知道,复眼实际是由无数细小的眼睛构成的,和人类的眼睛,是完全不同的结构。
这些小眼单独感光,能够独立成像,经过节肢动物的“大脑”综合处理之后,它们看到的是一个拼合的画面。
苍蝇复眼放大375倍
当前已有科技公司,把这样的光学原理用在摄影成像技术上,称为复眼摄像机,据称能达到亿万级像素。
不过,昆虫的这种眼睛实际缺乏调焦的能力,难以分辨细节,但在捕捉运动物体上,具有极其完美的能力。不仅人类的正常手速,在它们眼里犹如慢动作。哪怕是人类看到的高帧数电影,在它们眼里也只是幻灯片。
正因为复眼能力的缺陷,大多数节肢动物进化出了单眼。
蝗虫单眼
大多数有三个单眼,但也可以没有,或者多达数个。通常昆虫的幼虫具有多个单眼,例如蚕的幼虫多达12个单眼。节肢动物的复眼能视物,而单眼则只能感光。
节肢动物的眼睛如此演化,可能是它们具有坚硬的外壳,阻碍了眼睛向凹陷方向的发展。
总之,在5亿年前的寒武纪,节肢动物率先用上了捕猎的利器——眼睛。
奇虾和海蝎子,先后成为了海洋霸主。
然而和海蝎子同时代的,还有一个霸主——房角石。
房角石是典型的头足纲动物。它的后裔,章鱼演化出来的眼睛,被一些现代人称为出自上帝之手。
其实头足纲动物并没有什么秘密,它们是完全自然而然地继承了PAX6基因提供的眼睛进化模板。眼眶位置凹陷,感光细胞汇聚,吸收更多的光线。一些细胞填入凹陷中,或降低或提升了视觉能力。降低视觉的灭绝,提升视觉的得以繁衍生息。
填入凹陷的细胞,令视觉能力越来越强。最终演化成了晶状体、玻璃体,以及虹膜……
上帝造物论持有者,往往认为眼睛精巧而复杂,典型的非演化产物。
但实际,这个精巧的结构,也只是如同积木一样,一步步地搭成的。
如果说眼睛算是足够精巧,那么人的大脑、神经网络又算什么呢?
甚至,哪怕随随便便拿一个人体身上的器官和眼睛对比,眼睛就一定比它们复杂吗?
神经科学家格雷格·邓恩,艺术加工后的大脑视觉皮层
和节肢动物、头足纲的索状的中枢神经不同, 脊索动物的中枢神经是管状的。虽然管状神经系统,有利于大脑和脊椎的演化,但在眼睛的演化之路上,却更加的曲折。脊索动物原本暴露在外部的眼部神经索,直接被卷入了体内,翻了一个面。但由PAX6基因提供的原始模板是不能更改的,那么就只能在反转的神经索上演化成眼睛了。在脊索动物活化石文昌鱼透明的身上,能够直接观察到这样的反转结构。
不过文昌鱼没有大脑,也不算有真正意义上的眼睛,只有额眼,尚只有感光能力。额眼是带色素的杯状凹陷,由PAX6基因控制,只是扁形动物眼点的加强版而已。
不过,后来的所有脊椎动物的眼睛,都是从类似于文昌鱼的脊索动物远祖反转眼睛所演化来的。
目前发现的最久远的脊索动物是皮卡虫。
可以看出,和文昌鱼极其相似。
生物演化只能做加法,无法做减法。尤其是基因层面上,所有废弃的基因密码都会记录在染色体上,只不过在生物演化之后,很多密码都成了不会表达的内含子。
所以,相比起头足纲动物,脊索动物的眼睛天生就是反的。而且眼睛神经索的反转,在我们人类还在妈妈肚子里,胚胎早期的时候会重复这个过程。
反转的眼睛,造成我们视物的时候,光线需要穿过血管、神经细胞才能到达感光细胞。然而感光细胞感光的是色素部分,所以还需要穿过感光细胞的细胞核,才能真正成像,并传送给大脑。
正因为这样的反转结构,我们的眼角膜也更加脆弱,视网膜容易脱落,有视觉盲点。但很显然,章鱼的眼睛却没有这样的问题。这也难怪,有人会认为章鱼眼睛出自“上帝之手”。不过,脊椎动物眼睛在进化过程中,演化出了黄斑,在黄斑的调节下,视力并不亚于任何一种动物。
黄斑富含叶黄素,是视力最敏锐的地方
黄斑病变,则可能出现以下视觉问题:
总的来说,脊椎动物的视觉能力实际并不亚于头足纲。
甚至鸟纲中的猛禽类,基本上拥有独步天下的眼睛。人类视力的1.5标准,在鹰那里可以达到5.3。而且鸟类眼睛中存在“油滴”,天生自带滤镜。不同类型的鸟类,具有不同类型的油滴,增强不同颜色的对比度,以发现相应颜色的天敌或者猎物。
如说章鱼的眼睛出自“上帝之手”,那么雄鹰第一个表示不服。
章鱼的眼睛,虽然是“正”的,但适应的是水生环境。而脊索动物眼睛翻转的背后,却是一场神经革命。虽然章鱼是除了脊椎动物智商最高的动物,但他们提高中枢神经效率,只能通过壮大神经索。而脊椎动物,则更新了一套先进的系统。
关于神经的演化革命,可以看看我的这个回答:
总之。两只眼睛的密码,印刻在基因里数亿年。
不是一只眼睛的人类被淘汰了,而是一个眼点或者多个眼点的原始两侧对称动物被淘汰了。只有两个眼点的两侧对称动物传下了后代,并演化出了眼睛。
无论后代的眼睛如何变化,都只能在PAX6基因的基础上,发生竞技革命。
朋友们可以大胆猜测一下,如果辐射对称动物进化到高级形态,他们会有多少眼睛呢?
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