人眼的进化－ Joshua Harvey

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人类的眼睛是一个了不起的机制，能够检测任何位置，小到几个光子，大到直射的阳光，而且能在三分之一秒内把焦点从你面前的屏幕切换到遥远的地平线。这些复杂的结构是怎么发展？ Joshua Harvey 详细介绍了人眼5亿年的故事。
课件由 Joshua Harvey ，动画由 Artrake工作室制作。

人的眼睛是一种十分神奇的结构，

它能够探查任何地方
小到几个光子，大到直射的阳光，

且能在三分之一秒内，将焦点

从你面前的屏幕切换到遥远的地平线。

事实上，由于眼睛如此灵巧，

其结构曾被认为极其复杂，

以至于达尔文意识到眼睛进化的程度

高得离谱。

而眼睛的进化正是如此，
这早在五百万年前就开始了。

有关人类眼睛的故事，
开始于一个极其简单的感光点，

正如在诸如眼虫等
单细胞生物体中

发现的一样。

它是连接在生物体鞭毛上的

一簇光敏蛋白，

当感受到光亮时该蛋白被激活，
因而会使鞭毛游动来获取食物。

扁形动物中的涡虫
则拥有更复杂的感光点结构。

其不是扁平的而是凹陷成杯状，

这使涡虫能更好的感知
入射光线的方向。

除了其它用途外，

此种结构使得生物体可以
寻找遮蔽处并躲避捕食者。

过去几千年，

在某些生物体中，
这种杯状感光体变得愈发凹陷，

且前端的开口处变得越来越小。

此变化的结果便是“针孔效应”，
这使得分辨率极大地提高，

并只让一束细光能够射入眼睛，
以此来降低失真率。

章鱼的祖先之一——鹦鹉螺

用这样的针孔眼来提高
分辨率和方向感。

虽然针孔眼能看到简单图像

但正如我们所知，
演化成眼睛的关键是晶状体。

这里认为是由

透明细胞包裹住前端开口处以防感染，

并使得眼球内部能够充满液体，

以优化光敏感度和对光的处理。

在眼睛表面形成的蛋白质结晶，

形成了一个被人们证实为有用的结构

此结构使得光线聚焦在视网膜上的一个点。

这晶状体在眼睛视物时起到了关键的调节作用，

它通过改变自身的曲率来调节近景及远景。

这种针孔摄像头加以晶状体的结构，

是最终进化为人眼的基础。

进一步的进化改良包括：一个彩色的圆环——虹膜，

它控制进入眼睛的光线数量；

一个坚韧的白色的外层，也就是所谓的巩膜，

用来保持眼睛的结构；

以及泪腺，来分泌保护性的薄膜。

而同等重要的是，

伴随眼睛一同进化的大脑，

用其不断扩大的视觉皮层，

来加工它所接收到的更清晰更多彩的图像。

现在我们知道了，眼睛并不是想象中大师级的设计，

我们的眼睛拥有其一步步的进化过程。

举个例子，人类的视网膜是倒置的，

其上布满了背向眼睛前端的感光细胞。

这形成了生理盲点，

在盲点处，视神经必须穿过过视网膜

来到达其背后的感光层。

头足纲动物拥有相似的眼睛

他们的眼睛是独立进化的，

有着一个朝前的视网膜，使得他们的视野没有盲区。

其他生物的眼睛也呈现出了不同的适应性。

比目鱼，也就是所谓的四眼鱼，

拥有分成两区的眼睛，一只用来看水上，一只用来看水下，

让它们能够很好的发现捕食者以及猎物。

猫——经典的夜间捕食者，进化出了反射层，

大大增强了眼睛对光的捕捉能力，

这赋予了猫科动物出色的夜视功能和他们标志性能发光的猫眼。

这些只是动物王国里，种类繁多的眼睛中的几个范例

所以，如果你能设计出一种眼睛，你会造得有所不同吗？

这问题并没有听起来那么奇怪。

目前，医生和科学家在研究不同的眼睛结构

来帮助设计出为视障患者移植所需的仿生植入物。

并且在不远的将来，

机器制造出的精确又灵活的眼睛，

也许甚至能超越眼睛本身的进化程度。