人类的眼睛有什么合理与不合理的地方?当“看见”的时候之巧妙的安排,野驴

2007-05-30 13:31:15

标签: 科学 科普 野驴 当看见的时候 分类: 科普-《新发现》

三种视锥和老古董视杆作为我们的光感受器细胞,履行着将光信号转化成化学信号和电信号的职责。火炬点燃后需要一站站传递下去,一级级搭建起来的视网膜圆满地完成了这个任务。

不过人类以及所有脊椎动物的视网膜,一直很不幸地以生物进化论的例证身份被达尔文所引用:它们并不是来自上帝的完美创造,而是存在着设计上的巨大缺陷。

最能引起诟病的是它们的倒置结构:光线先穿过整个视网膜到达最外层的光感受器细胞,之后由光感受器细胞转化而来的视觉信息会依次传递到最内层的神经节细胞,并随即沿着神经节细胞发出的视神经再一次穿过整个视网膜,传向大脑。

视杆、视锥细胞工作原理图

视网膜如此构造显然不够明智,几进几出浪费时间、浪费资源,如果把光感受器细胞放在最内层,神经节细胞放在最外层,不就顺理成章,一气呵成了?

可凡事有因才有果,正如为了解放双手,就必需忍受直立起身躯给我们带来的背痛一样,之所以会出现这种明显不利于信息处理的安排,或许也是为了达到某个目的而付出的不可避免的代价。

目的是为了让我们看到的景象不会是支离破碎的。支离破碎的威胁来自于分布在视网膜内表面的血管,这些大大小小的血管为细胞提供了必要的养分,但同时也带来了令人头疼的麻烦——它们会挡住光线。

视网膜的倒置结构便在此刻显现出了作用,由于光感受器细胞处在远离血管的外层,所受到的影响只是其投下的缩小了的阴影,而如果位于内层的话,就会被它们完全遮住。因此这种有悖常理的安排,在一定程度上减弱了血管对光线的阻挡作用,反而更有利于视觉信息的处理。

两害相权取其轻,看来进化的路并没有走错。另外视网膜不会是完整的,因为必需要为血管留一个出入口,这给了视神经一个借道通过的机会,而不必另辟蹊径,大动干戈。

眼睛结构图

这个出入口叫做视盘,俗称盲点,因为此处没有光感受器细胞,落到这里的光线如同进入了黑洞,得不到任何响应。这是个更大的麻烦,不过不要担心,我们的视网膜自有更巧妙的安排。

距视盘约3毫米的地方有一块区域,该处与光感受器细胞相联的其他细胞被挤到了周围,因此显得特别薄,形成了所谓的中央凹。而且这里只有视锥,没有视杆,很显然是为了在明亮环境下获取更细致、更精确的视觉信息而设计的,所以当我们盯着某处看时,会自动调整眼睛的角度、方向,让光线准确地落入到这个区域

合乎情理的是,在中央凹处的血管最小、最少,由此一来,视盘和血管对光线摄取的影响便被降到了最低,事实上一般情况下,注视点的信息对我们来说是最重要的,否则你为什么向那看呢?

为了减轻视盘和血管带来的副作用,视网膜先是翻了个身,然后再设计出一个中央凹,但问题还是没有解决,总会有光线获取不到,即便不是来自注视点。视网膜已经黔驴技穷了,需要从其他方面想办法。

两个眼睛并排向前的安置方式,使我们的双眼视野具有很大的重叠部分,这是一个可以利用的机会。来自视野重叠部分某点的光线,会从一眼的鼻侧和另一眼的颞侧(靠近太阳穴一侧)分别进入,而视盘是靠近鼻侧的,因此一个眼睛漏掉的光线总能由另一个眼睛捕获。

类似的,两眼的血管分布情况必然有所不同,这意味着疏漏肯定会得到弥补。现在终于可以将视盘和血管忽略不计了,不过想要意识到它们的存在也不是很难,头部正对屏幕,闭上左眼,用右眼盯着圆形图案,前后移动,十字图形会在某个位置消失,此即视盘这个黑洞吞食光线的佐证。

人类视觉盲点测试图

双眼的如此安排给我们带来了一个清晰、明确的世界,代价是只能看到前面。而食草动物的两个眼睛是分置于脑袋两侧的,这使它们可以同时瞧见前后左右,以便逃避天敌,一有风吹草动就会及时发现。但由于视野重叠部分很小,眼中的景象就不会很清楚了

相对应的,食肉动物的双眼同人一样都是前置的,视野有限,但能够清晰成像,精确判断距离,这有助于追踪、捕获猎物。真是各取所需、有得有失啊

那么为何不取长补短,多生出两个眼睛在我们脑袋两侧呢?有一利,必有一弊,这必然会导致在其他方面的损失,比如大脑皮层的因此缩小

完美并不存在,进化只是在权衡利弊中妥协着前行。我们看不到后面,还要饱偿足痛膝伤、腰酸背疼之苦,但却心灵手巧、思维敏捷。代价是不可避免的,同时也是值得的,当你看到这些文字的时候,或许会更加认可这一点。

参考文献:

  1. Daniel L. Adams, Jonathan C. Horton. Shadows cast by retinal blood vessels mapped in primary visual cortex[J]. Science 18 October 2002: Vol. 298. no. 5593, pp. 572 - 576.

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