你可能在很多地方都听别人说过,人眼是一个非常精密的光学,我们制造的光学仪器都还没有它精密。甚至有很多反进化论者和传教者会把眼睛单独拿出来说事,证明眼睛这么“神奇而复杂”的器官不可能是进化出来的,只有可能是“某个什么人”设计出来的。
日尔曼民族的特征之一——绿瞳
那么事实果真如此吗?现在就让我们来认识一下眼睛吧,它是不是那么神奇与无法实现?
横向比较
首先说一说,人的视力在动物中算什么水平,是不是最顶级?
当然不是了,相信大家都能猜得到。我们的眼睛在动物中并不算是特别高明的,比如鸟类视力普遍比我们好,它们拥有四色视觉,可以看到紫外线。很多猛禽的视野极长,鹰的视距最高可达36公里,能在很高的天空看到一只奔跑的兔子。相比之下人类的有效视距只有几公里,兔子这么小的东西1公里外就看不清了。
它们付出的代价就是眼球变长了,所以无法转动……
远视能力不行,其实夜视能力也不行,我们的夜视能力被夜行动物吊打的。别的不说,我们养的家猫在夜间的视力比人类好6至8倍,而家猫只不过是一种半夜行动物,而像猫头鹰这样的纯夜行动物,其夜视能力是人类的100倍。但比较尴尬的是我们的眼睛感知色彩的视锥细胞和感知明暗的视杆细胞比例为1:20,视锥细胞仅有600万个,不及千元机的前置摄像头。这个比例倒是不像日间活动的动物,大多数白天视力比较好的动物其视锥和视杆细胞比是从1:12到19:1,人类的视锥细胞无疑太少了。
人眼中的黑夜和猫眼中的黑夜
这种奇怪的配置其实是因为哺乳动物的祖先是小体型的半夜行杂食动物,看起来和今天的老鼠差不多,所以哺乳动物祖先进化的过程中已经失去了感知色彩的能力。哺乳动物们几乎都是色盲或半色盲,而我们灵长类的祖先因为在树上生活,必须要有辨别果实是否成熟的能力,因此又重新“捡”回了色觉,把已经退化的能力又再次进化了出来。因而眼睛就展现出构成与功能矛盾的特点。
现在已发现的最早的哺乳动物,中华侏罗兽
那人类的视觉是不是在动物界被吊打呢?也不是,硬件不够软件来凑,我们拥有全太阳系最强大的大脑,所以综合来说我们的视觉能力还是比较强大的。有一些动物则是不折不扣的“器材党”,比如螳螂虾,它的眼睛拥有12种色觉细胞,可以分辨出包括反射光和偏振光在内的许多人类不能识别的光线,但是它们的视觉神经结构实在是太简单了,甚至没有脑结构,能不能把这些信息好好组合成像都是个问题。
非常鲜艳的体色也和它们的视觉能力有关
人眼结构有重大BUG
现在我们就要介入第二个话题了,眼睛是不是精密的无可替代呢?是不是“神”的设计呢?
如果我们的眼睛真是设计的,那无疑设计者有点不太聪明的亚子。因为我们的眼睛有一个巨大的BUG,而且如果从设计的角度来说简直是小学生都不会犯的错误。不仅如此,甚至比我们眼睛更科学合理的结构同时也存在于这个地球上,证明了这只是一个BUG而已,并不是什么“人类还没有参悟的精妙设计”。
注意别看反了
现在我们先来做一个非常有趣的小实验,它可以让你认识到你的眼睛到底长得有多么随便。上面这张动态图差不多就是手机屏幕的大小,现在你试着把手机放在距自己约10~20公分处,逆时针将手机横过来,用手遮住左眼,右眼盯着蓝色的圈,用余光注意跳动的黑色十字,等这个十字跳过一周。
怎么样,是不是发现了一个神奇的现象?黑色十字在某一段区域消失了?
相信你一定想知道为什么,其实原因很简单,只不过是你的眼睛在那一个区域没有感光细胞而已。
医学教材里的解剖图
那为什么那里没有感光细胞呢?又很简单,因为那里是视神经穿出眼球的地方,叫视神经乳头,这就是眼睛最大的bug。
想象一下,你有一台显示器,它需要一根连接到机箱的传输线,但奇葩的是这根传输线非要在屏幕上打一个孔,从正面把线穿出来,这是什么样的憨憨才能想到的设计?没错,我们的眼睛就这样的,视神经在视网膜的上面覆盖着,所以神经汇集之后只好在视网膜上开一个洞,从洞里离开眼球。
这张图可以看到神经覆盖在视网膜之上
这种奇怪的结构有很多缺陷,开个洞姑且不说,反向的结构导致血管覆盖在了视网膜之上,在人剧烈运动后常常可以看到视野上有跳动的现象,那就是血管了,而且而且这种结构还带来一个问题——视网膜固定不牢。按正常逻辑来说感光细胞向光,背部连接神经,下面穿梭以血管,不仅非常完美不用开孔,神经还可以起到加固作用。但是我们的眼睛这种贴反了结构导致视网膜只是贴在脉络膜上而已,所以——我们还非常容易出现视网膜脱落……
重击很容易导致视网膜脱落,所以为了眼睛好,还是少管闲事吧
硬件不够软件来凑
那为什么我们从来都不知道眼睛上有一个大洞呢?而且血管似乎也没有出现在我们的主要视野里,这就是进化能凑合的地方了,虽然眼睛配置低,但是你人类的大脑不是配置很高嘛,那就用算法来弥补好了!比如那个洞,在双眼视物时大脑会用另一只眼睛的图像来弥补,当单眼视物里就直接将那个区域屏蔽掉,认你根本就注意不到自己的视野是残缺的。
眼睛是脑的一部分,从神经发肓学来说
事实上我们的眼睛从来都不是一台摄像机,我们看到的画面全部都是经过大脑加工处理之后的(因为大脑的加工权限太大,所以有些时候脑机能出现问题时会出现幻觉——加工过头了),这种加工是非常必要的,潜意识将有用信息和需要重点关注的区域都标记出来了,这样你有限的精力就可以放在对生存有意义的地方。
柱子的影子是画出来的,不信你看这个人胳膊的影子方向
几乎每个人都看过各种各样的错觉图,有人说这是大脑在欺骗你,这种说法真是太辜负大脑了。比如下面这张图,这就是大脑在对明暗进行亮度矫正造成的,如果我们不能一眼认识到“这其实是在影子下的同一个颜色”,那生存将会变得非常艰难,绝对的数值其实才是误导,自然界才不会出现这种情况。所以脑对图像的处理是漫长的进化给我们留下的宝藏。
静态图版本
用脑的强大算力补充眼睛的不足还有一个例子。之前我说了我们的色彩感觉细胞很少,那么为什么我们看东西还挺清楚的呢?其实你如果有心就会注意到,我们只有视线注视的区域才是清楚的,其他区域全都是模糊的。这是因为我们的视网膜上有一个名为“中心凹”的区域,几乎所有的色觉感光细胞都集中在了那里,而且为了保证成像,那个区域甚至连一根血管都没有,只靠脉络膜来供给能量和氧。
那个黑色中的亮点就是中央凹
中心凹非常小,只有人视野的5°,把你的手伸直了话大概就是两个大拇指的宽度。所以当我们看比较大的物体里就需要用视觉中央将物体扫描一遍,然后在大脑里构图成像。那些比较大的物体形象都是用小的清晰图像“拼”出来的,没想到吧!还好我们的眼球转动速度很快,定位也比较精准,这其实也是为了配合人脑的算力而进化出来的。
谁的眼睛最合理
脊索动物三大主要特征,人类胚胎发育时也有鳃裂的
那……谁的眼睛结构是合理的呢?很不幸,代表所有高级动物的脊索动物门全军覆没,从鱼到鸟到蛙到兽一直到人类,我们的视网膜都是反的。脊索动物顾名思义,就是拥有一条贯穿身体的神经纤维组织,在人类身上体现出来的就是我们的脊椎。动物共有43个门,但体型复杂且较大,在我们看起来比较有趣的动物几乎都是脊索动物。占整个现动物种数的80%的节肢动物因为其外骨骼结构,眼睛无法进化成光学对焦的形状,所以使用的是复眼,这样种结构非常粗糙,无法成清晰的像。
这是一只乌贼,当然它也是头足纲的
那还有什么比较复杂的动物拥有结构良好的完美眼睛呢?答案是软体动物门的头足纲动物,这类动物的代表就是章鱼,是的就是这种没有脊椎八条腿的家伙,虽然很不甘心,但是它们的眼睛和我们的祖先是分别进化出来的,所以走了一条正确的道路。这也反映了进化的粗糙,进化的路上一但出了错就没有完全纠正的可能性,只能在原来的基础上修修补补。
小学生也不会犯的错误,不是吗
错误之源
那我们的祖先为什么会出错呢?我们先看看下面图片里这种鱼。
大鳍后肛鱼(Macropinna microstoma)俗名管眼鱼
怎么样,它那透明的脑门是不是很神奇,现在我问一个问题,它的眼睛在哪儿?是嘴巴上面那两个吗?看起来有一点忧郁的小眼睛?不是的,那其实是它的鼻孔……它的眼睛其实是脑门里那两个绿色的,方向永远向着上面的东西。
文昌鱼
这也就是脊索动物共同祖先眼睛长反了的原因,因为它的眼睛是长在身体内侧,隔着透明的身体组织向外感光的,现在我们的世界上还存在着一种结构非常古老的动物叫文昌鱼,它们的身体完全透明,甚至没有进化出下巴,眼也是非常简单的感光点,这有助于我们对5亿年前脊索动物发源的研究。
眼点,非常原始的眼
文昌鱼的眼就是在头部内,没有外眼结构,而且因为眼是由发育成脊椎的神经脊细胞发育而来(所以说眼其实是大脑的一部分,而不是一个单独的器官),这个结构的组织是细胞层以内翻闭合而成形的,所以文昌鱼的眼形成了一个左眼看右,右眼看左的奇异结构。因为整个组织都是透明的,这倒也无伤大雅,而且因为那时的动物结构普遍非常简单,这样一个看不太清的眼睛也算是够用了。
左右相反的源头
但是随着进化的逐渐推进,身体变得越来越不透明,这种结构就无法继续正常工作了,进化必须要再次改变。这一过程会在动物的胚胎发育过程中重演,我们通过观察鱼类胚胎眼睛的发育过程就可以了解到到底发生了什么:长有感光细胞的组织再次向内卷曲,形成一个单独的外眼结构,从这时候开始,就是左眼看左,右眼看右了,视网膜也就反了过来,错误也就是从这时候开始的。
眼睛进化过程模拟图
斑马鱼的眼睛发育过程
所以,以后如果再有人跟你传教或者反进化论,你就把这篇文章拿出来和他过两招,为此我建议你收藏本文,以备不时之需。
这就是我们凑和且够用的眼睛,也是让我们看清宇宙繁星的第一对眼睛;在人类掌握人造眼技术之前,我们还是得好好保持这双眼睛呀(不过我必须说一句,眼保健操对保护眼睛一点用都没有)
这一篇的内容就到这里啦,你有没有什么从小到现在都一直很困惑的问题呢?可以把你的问题写在下面的评论区,酋知鱼或许就会在下一篇文章中为你解答呦!咱们下一篇再见!
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