“眼睛”最初是什么样子，揭开视色素分子的秘密，当“看见”的时候之伟大的转化一，野驴
2007-05-30 12:24:10
标签： 科学 科普 野驴 当看见的时候 分类： 科普-《新发现》
地球最早的生命看见的第一步
第一天，上帝说：“要有光！”于是天地间不再一片混沌。不过造物的奇迹无法在一周内完成，因为直到10多亿年后，35亿年前，地球上的生命才真正享受到这光的恩泽。一群细菌厌倦了再以硫、铁、甲烷这类化学物质作为能量来源，转而开始利用阳光合成炭水化合物，满足自身需要。如此又过了30多亿年，当海洋里的生物终于爬上陆地时，大地已是一片郁郁葱葱、枝繁叶茂。是叶绿素实现了这种由光能向生物能的转化，使我们的星球变得如此生机盎然、欣欣向荣
而当 海底的软体蠕虫们 不堪忍受在黑暗中摸索的痛苦，进化出视觉的时候，同样需要一个伟大的转化。担任这项任务的是光感受器细胞，它们将光信号转化成化学信号和电信号，这是“看见”的第一步
地球上最早能够看见的动物——蠕虫
我们的光感受器细胞位于视网膜的最外层，分为两类，一类叫视杆，一类叫视锥。顾名思义，前者呈杆状，后者呈锥状，而视锥又进一步分为蓝锥、绿锥、红锥三种。要想知道它们为什么是现在这个样子，必须从头说起
远在寒武纪之前，由光感受器细胞构成的斑点，就普遍存在于悠闲生活在浅海海底的软体蠕虫身上了。可那还称不上是眼睛，要直到横行霸道于寒武纪的三叶虫进化出晶状体，眼睛才真正出现。虽然能力差了很多，但毕竟聊胜于无，那些斑点已经让蠕虫们察觉到光线，并感知其方向，同时自豪的宣称，它们是最先拥有视觉的动物
视色素分子创造了最早的看见
那么这视觉究竟是如何产生的？奇迹来自于光感受器细胞中的视色素分子，这些分子能够吸收光线中的光量子，并因此分解，然后进一步引起细胞内的一系列连续反应，当最终的反应结果被传递到其他细胞后，“看见”的第一步就完成了
这个过程将光量子所携带的光信号，转化成生物体内细胞间用来传递信息的、通用的化学信号和电信号。从彼岸到此岸，真是个伟大的起点！
视色素分子 是这个过程中的主角，奇迹的缔造者，它们最初只对蓝绿色光线感兴趣。这并不是随意选取的，当七彩阳光进入到海中时，波长较长的红、橙、黄光很容易被吸收，而波长较短的紫、蓝光又会被海水分子轻易反射、散射出去，所以能到达浅海海底的，最多的就是波长适中的蓝绿色光线
远古时代的软体蠕虫没有其他的进化选择，但不要就此认为它们能够看到蓝绿色，有色视觉是很久以后才发生的事。在这时，视色素分子只能让它们感受到蓝绿色光的亮暗，光线强就亮一点，弱就暗一点。即便也能吸收到其他波长的光，但因为吸收能力不强，在同等强度下，只会使其觉得更暗。同时由于海底光线本来就很弱，所以软体蠕虫只能隐隐约约分辨出明暗，它们看到的世界是朦朦胧胧的
这种情形甚至可以从我们自身得到验证，当你走进一间只有微弱亮光（比旷野中的星光还要弱，烛光太亮了）的屋子，适应了以后，能够看到里面的东西，比如桌上的杯子、墙上的画，并且觉得自然光下蓝绿色的花瓶此时要显得更亮一些。但只能分辨出轮廓，更看不出颜色，因为这时候我们的光感受器细胞中只有视杆在工作
视杆中的视色素分子也对波长在500纳米处的蓝绿色光线最感兴趣，这可以从古老的软体蠕虫那找到原因。而且在把灯打开后，它们就停止工作了，因为在海底不会有那么亮的光
如此看来，我们的视杆忠实地保留了几亿年前就已存在的，光感受器细胞的特点，同时延续下来的还有在那时就构建出的最基本的机制。比如视色素分子吸收光量子后分解，在吸收下一个光量子之前会重新合成，这个过程叫做视循环，是我们持续视物的基础
试想一下，如果没有这个过程会发生什么事：一觉醒来睁开双眼，视色素分子吸收光线开始分解，片刻间就会全部分解完毕，这意味着无法再对光线进行感知，也就是再也看不见什么了。那么接下来该怎么办？闭上眼继续睡觉？生物体很精明，不会做这种一锤子买卖。同宇宙中到处正在发生着的一样，我们的机体内无时不刻在进行着消亡与再生的循环，并借此达到一种平衡
在这里，视循环平衡的建立取决于光线强度。在某一个强度上，视色素分子的分解数量与合成数量相一致，光线越弱，合成的数量越多；光线越强，分解的数量越多，直到全部分解。在正常室光的强度下，视杆无法再吸收光量子，停止工作。不过不要担心，我们还有三种视锥在此时全力运转
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2021-04-26
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