妳可能在很多地方都聽別人說過,人眼是壹個非常精密的光學,我們制造的光學儀器都還沒有它精密。甚至有很多反進化論者和傳教者會把眼睛單獨拿出來說事,證明眼睛這麽“神奇而復雜”的器官不可能是進化出來的,只有可能是“某個什麽人”設計出來的。
日爾曼民族的特征之壹——綠瞳
那麽事實果真如此嗎?現在就讓我們來認識壹下眼睛吧,它是不是那麽神奇與無法實現?
橫向比較
首先說壹說,人的視力在動物中算什麽水平,是不是最頂級?
當然不是了,相信大家都能猜得到。我們的眼睛在動物中並不算是特別高明的,比如鳥類視力普遍比我們好,它們擁有四色視覺,可以看到紫外線。很多猛禽的視野極長,鷹的視距最高可達36公裏,能在很高的天空看到壹只奔跑的兔子。相比之下人類的有效視距只有幾公裏,兔子這麽小的東西1公裏外就看不清了。
它們付出的代價就是眼球變長了,所以無法轉動……
遠視能力不行,其實夜視能力也不行,我們的夜視能力被夜行動物吊打的。別的不說,我們養的家貓在夜間的視力比人類好6至8倍,而家貓只不過是壹種半夜行動物,而像貓頭鷹這樣的純夜行動物,其夜視能力是人類的100倍。但比較尷尬的是我們的眼睛感知色彩的視錐細胞和感知明暗的視桿細胞比例為1:20,視錐細胞僅有600萬個,不及千元機的前置攝像頭。這個比例倒是不像日間活動的動物,大多數白天視力比較好的動物其視錐和視桿細胞比是從1:12到19:1,人類的視錐細胞無疑太少了。
人眼中的黑夜和貓眼中的黑夜
這種奇怪的配置其實是因為哺乳動物的祖先是小體型的半夜行雜食動物,看起來和今天的老鼠差不多,所以哺乳動物祖先進化的過程中已經失去了感知色彩的能力。哺乳動物們幾乎都是色盲或半色盲,而我們靈長類的祖先因為在樹上生活,必須要有辨別果實是否成熟的能力,因此又重新“撿”回了色覺,把已經退化的能力又再次進化了出來。因而眼睛就展現出構成與功能矛盾的特點。
現在已發現的最早的哺乳動物,中華侏羅獸
那人類的視覺是不是在動物界被吊打呢?也不是,硬件不夠軟件來湊,我們擁有全太陽系最強大的大腦,所以綜合來說我們的視覺能力還是比較強大的。有壹些動物則是不折不扣的“器材黨”,比如螳螂蝦,它的眼睛擁有12種色覺細胞,可以分辨出包括反射光和偏振光在內的許多人類不能識別的光線,但是它們的視覺神經結構實在是太簡單了,甚至沒有腦結構,能不能把這些信息好好組合成像都是個問題。
非常鮮艷的體色也和它們的視覺能力有關
人眼結構有重大BUG
現在我們就要介入第二個話題了,眼睛是不是精密的無可替代呢?是不是“神”的設計呢?
如果我們的眼睛真是設計的,那無疑設計者有點不太聰明的亞子。因為我們的眼睛有壹個巨大的BUG,而且如果從設計的角度來說簡直是小學生都不會犯的錯誤。不僅如此,甚至比我們眼睛更科學合理的結構同時也存在於這個地球上,證明了這只是壹個BUG而已,並不是什麽“人類還沒有參悟的精妙設計”。
人的眼睛存在盲點,那裏看不到東西
醫學教材裏的解剖圖
那為什麽那裏沒有感光細胞呢?又很簡單,因為那裏是視神經穿出眼球的地方,叫視神經乳頭,這就是眼睛最大的bug。
想象壹下,妳有壹臺顯示器,它需要壹根連接到機箱的傳輸線,但奇葩的是這根傳輸線非要在屏幕上打壹個孔,從正面把線穿出來,這是什麽樣的憨憨才能想到的設計?沒錯,我們的眼睛就這樣的,視神經在視網膜的上面覆蓋著,所以神經匯集之後只好在視網膜上開壹個洞,從洞裏離開眼球。
這張圖可以看到神經覆蓋在視網膜之上
這種奇怪的結構有很多缺陷,開個洞姑且不說,反向的結構導致血管覆蓋在了視網膜之上,在人劇烈運動後常常可以看到視野上有跳動的現象,那就是血管了,而且而且這種結構還帶來壹個問題——視網膜固定不牢。按正常邏輯來說感光細胞向光,背部連接神經,下面穿梭以血管,不僅非常完美不用開孔,神經還可以起到加固作用。但是我們的眼睛這種貼反了結構導致視網膜只是貼在脈絡膜上而已,所以——我們還非常容易出現視網膜脫落……
重擊很容易導致視網膜脫落,所以為了眼睛好,還是少管閑事吧
硬件不夠軟件來湊
那為什麽我們從來都不知道眼睛上有壹個大洞呢?而且血管似乎也沒有出現在我們的主要視野裏,這就是進化能湊合的地方了,雖然眼睛配置低,但是妳人類的大腦不是配置很高嘛,那就用算法來彌補好了!比如那個洞,在雙眼視物時大腦會用另壹只眼睛的圖像來彌補,當單眼視物裏就直接將那個區域屏蔽掉,認妳根本就註意不到自己的視野是殘缺的。
眼睛是腦的壹部分,從神經發肓學來說
事實上我們的眼睛從來都不是壹臺攝像機,我們看到的畫面全部都是經過大腦加工處理之後的(因為大腦的加工權限太大,所以有些時候腦機能出現問題時會出現幻覺——加工過頭了),這種加工是非常必要的,潛意識將有用信息和需要重點關註的區域都標記出來了,這樣妳有限的精力就可以放在對生存有意義的地方。
柱子的影子是畫出來的,不信妳看這個人胳膊的影子方向
幾乎每個人都看過各種各樣的錯覺圖,有人說這是大腦在欺騙妳,這種說法真是太辜負大腦了。比如下面這張圖,這就是大腦在對明暗進行亮度矯正造成的,如果我們不能壹眼認識到“這其實是在影子下的同壹個顏色”,那生存將會變得非常艱難,絕對的數值其實才是誤導,自然界才不會出現這種情況。所以腦對圖像的處理是漫長的進化給我們留下的寶藏。
靜態圖版本
用腦的強大算力補充眼睛的不足還有壹個例子。之前我說了我們的色彩感覺細胞很少,那麽為什麽我們看東西還挺清楚的呢?其實妳如果有心就會註意到,我們只有視線註視的區域才是清楚的,其他區域全都是模糊的。這是因為我們的視網膜上有壹個名為“中心凹”的區域,幾乎所有的色覺感光細胞都集中在了那裏,而且為了保證成像,那個區域甚至連壹根血管都沒有,只靠脈絡膜來供給能量和氧。
那個黑色中的亮點就是中央凹
中心凹非常小,只有人視野的5°,把妳的手伸直了話大概就是兩個大拇指的寬度。所以當我們看比較大的物體裏就需要用視覺中央將物體掃描壹遍,然後在大腦裏構圖成像。那些比較大的物體形象都是用小的清晰圖像“拼”出來的,沒想到吧!還好我們的眼球轉動速度很快,定位也比較精準,這其實也是為了配合人腦的算力而進化出來的。
誰的眼睛最合理
脊索動物三大主要特征,人類胚胎發育時也有鰓裂的
那……誰的眼睛結構是合理的呢?很不幸,代表所有高級動物的脊索動物門全軍覆沒,從魚到鳥到蛙到獸壹直到人類,我們的視網膜都是反的。脊索動物顧名思義,就是擁有壹條貫穿身體的神經纖維組織,在人類身上體現出來的就是我們的脊椎。動物***有43個門,但體型復雜且較大,在我們看起來比較有趣的動物幾乎都是脊索動物。占整個現動物種數的80%的節肢動物因為其外骨骼結構,眼睛無法進化成光學對焦的形狀,所以使用的是復眼,這樣種結構非常粗糙,無法成清晰的像。
這是壹只烏賊,當然它也是頭足綱的
那還有什麽比較復雜的動物擁有結構良好的完美眼睛呢?答案是軟體動物門的頭足綱動物,這類動物的代表就是章魚,是的就是這種沒有脊椎八條腿的家夥,雖然很不甘心,但是它們的眼睛和我們的祖先是分別進化出來的,所以走了壹條正確的道路。這也反映了進化的粗糙,進化的路上壹但出了錯就沒有完全糾正的可能性,只能在原來的基礎上修修補補。
小學生也不會犯的錯誤,不是嗎
錯誤之源
那我們的祖先為什麽會出錯呢?我們先看看下面圖片裏這種魚。
大鰭後肛魚(Macropinna microstoma)俗名管眼魚
怎麽樣,它那透明的腦門是不是很神奇,現在我問壹個問題,它的眼睛在哪兒?是嘴巴上面那兩個嗎?看起來有壹點憂郁的小眼睛?不是的,那其實是它的鼻孔……它的眼睛其實是腦門裏那兩個綠色的,方向永遠向著上面的東西。
文昌魚
這也就是脊索動物***同祖先眼睛長反了的原因,因為它的眼睛是長在身體內側,隔著透明的身體組織向外感光的,現在我們的世界上還存在著壹種結構非常古老的動物叫文昌魚,它們的身體完全透明,甚至沒有進化出下巴,眼也是非常簡單的感光點,這有助於我們對5億年前脊索動物發源的研究。
眼點,非常原始的眼
文昌魚的眼就是在頭部內,沒有外眼結構,而且因為眼是由發育成脊椎的神經脊細胞發育而來(所以說眼其實是大腦的壹部分,而不是壹個單獨的器官),這個結構的組織是細胞層以內翻閉合而成形的,所以文昌魚的眼形成了壹個左眼看右,右眼看左的奇異結構。因為整個組織都是透明的,這倒也無傷大雅,而且因為那時的動物結構普遍非常簡單,這樣壹個看不太清的眼睛也算是夠用了。
左右相反的源頭
但是隨著進化的逐漸推進,身體變得越來越不透明,這種結構就無法繼續正常工作了,進化必須要再次改變。這壹過程會在動物的胚胎發育過程中重演,我們通過觀察魚類胚胎眼睛的發育過程就可以了解到到底發生了什麽:長有感光細胞的組織再次向內卷曲,形成壹個單獨的外眼結構,從這時候開始,就是左眼看左,右眼看右了,視網膜也就反了過來,錯誤也就是從這時候開始的。
眼睛進化過程模擬圖
斑馬魚的眼睛發育過程
所以,以後如果再有人跟妳傳教或者反進化論,妳就把這篇文章拿出來和他過兩招,為此我建議妳收藏本文,以備不時之需。
這就是我們湊和且夠用的眼睛,也是讓我們看清宇宙繁星的第壹對眼睛;在人類掌握人造眼技術之前,我們還是得好好保持這雙眼睛呀(不過我必須說壹句,眼保健操對保護眼睛壹點用都沒有)