动物的视锥细胞是怎么进化出来的?当“看见”的时候之伟大的转化三,野驴

2007-05-30 13:11:51

标签: 科学 科普 野驴 当看见的时候 分类: 科普-《新发现》

携有新视色素分子的光感受器细胞,与古老的视杆有很大区别。首先当然是最佳吸收波长的不同,这由动物们的生存环境和生存方式所决定。

然后是形状,视杆含有视色素分子的那部分像一根尺子,长长方方,而新出现的品种更像是一把梳子,并且越靠近顶端越窄,形成锥子的模样,所以我们将其称为视锥。

之所以会有这种形状上的差异,可能是因为视锥的视循环途径与视杆不同,视杆要依赖它们头顶上的细胞,而视锥更倾向于与旁边的互通往来,形成缺口显然更有利于交流。

视杆、视锥细胞工作原理图

这样做并不是要独树一帜,别忘了视锥是为了适应新环境才出现的,海面和陆地上比海底亮得多。而想要在强光下持续工作,视色素的再生能力就必需大大提高,需求是进化的动力,新的视循环途径因此应运而生,其效率比旧的提高了20倍。

眼中的世界开始变得丰富多彩,人三种视锥视循环的平衡点在正常日光强度下,这让我们能够在风和日丽的午后惬意地欣赏到红花绿叶。新的世界需要新的装备,不过老古董视杆并没有被抛弃,它们依旧在黑暗中辛勤工作,而且无法替代。事实上,视网膜并不是在视锥出现以后才开始形成的,搭建工作沿着横向、纵向同时展开,效率是生存的重要保障。

动物们对世界有着不同的选择,并不是都渴望看到五颜六色,比如那些向深海扩张地盘的生物,连眼睛都基本退化了。而即便是登上陆地的动物,也未必就一定色觉发达。

人类的朋友狗和猫都只有两种视锥,所以它们眼中的世界是一片灰蒙蒙中掺杂着些许蓝、绿、黄色,导盲犬之所以能区分红绿灯,是依靠亮度的差别。

而我们的灵长类兄弟夜猴甚至只需要视杆就够了,因为它们名副其实地只在夜里活动。当然也有痴迷于色彩的动物,比如鸟类一般都有四种视锥,除了贯常的蓝、绿、红三种外,还有一种能吸收紫外线,其眼中景象是我们无法理解的。

其实所谓的可见光是以人类的标准制定的,如果以鸟类作为参考的话,范围就要更大一些,还包括我们想象不到、莫可名状的那部分。

我们能看到的颜色虽然不是最多,但也算五彩斑斓了。当然,有色视觉最初进化出来,肯定不是为了欣赏自然美景和绘画艺术,很可能只是方便在绿色的枝叶中发现红色的果实。人是社会性极强的动物,在解决温饱问题后,还要对人际关系进行梳理,这时候就需要一些非凡的本领了,比如看对方的“脸色”。

为了及时从他人涨红的面孔中获取愤怒的信息,我们的色觉能力进一步被强化,最终便形成现在这个样子:一个最佳吸收波长在420纳米处(紫色),可能是早期进化而来;另两个均在550纳米左右(黄绿色),出自看“脸色”的需要。根据物理上能够解释颜色合成的三原色原理,它们又被分别命名为:蓝锥、绿锥、红锥。

令人惊奇的是,这三种视锥的比例在不同个体间差异很大,尤其是后两者,有可能一个人红绿锥的数量差不多,而另一个人却相差了十多倍。看来颜色视觉远远不仅是视锥和视网膜的事,因为每个人搭出的积木都不尽相同,而眼中的景象却大同小异。

其实所谓颜色知觉,本质上是一种主观心理感受,不同波长光线通过视觉系统使我们得到不同的感知,我们因此将它们定义为不同的颜色。在这个过程中,大脑起到了决定性作用,但具体机制还不甚明了。

而既然是主观感受,就不会完全相同,所以尽管最初都始于光感受器细胞对光线的吸收,但你我看到的世界不可能丝毫不差。大脑是一个富有弹性的平衡装置,让我们对眼中景象的感知大同小异,但不会一摸一样。

参考文献:

  1. Mata NL, Radu RA, Clemmons RC, Travis GH. Isomerization and oxidation of vitamin a in cone-dominant retinas: a novel pathway for visual-pigment regeneration in daylight[J]. Neuron. 2002 Sep 26;36(1):69-80.

  2. Hofer H, Carroll J, Neitz J, Neitz M, Williams DR. Organization of the human trichromatic cone mosaic[J]. J Neurosci. 2005 Oct 19;25(42):9669-79.

  3. Mark A. Changizi, Qiong Zhang, Shinsuke Shimojo. Bare skin, blood and the evolution of primate colour vision[J]. Biology Letters Volume 2, Number 2/June 22, 2006.

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2021-04-28


海云青飞,生命进化规律破解者
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