“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

光感受细胞感受到光

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

生命最早的视觉只能隐约感觉到明暗

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


海云青飞,生命进化规律破解者
宗教已经过时了,死了以后再活,这是要多低的智商才会相信这种鬼话
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