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全人类的视网膜都装反了,还不敌章鱼的眼睛? 精选

已有 10707 次阅读 2018-1-3 22:22 |系统分类:科普集锦


文章开头,我们先来做一个有趣的小测试

先看下面动图,画面中有一个静止的圆形和一个缓慢移动的十字图案,没问题吧。


这时,伸出你左手将左眼蒙住。

然后把屏幕置于视线前方约20厘米处,用右眼盯着左边圆形看

很快你就会发现,右边的十字图形在向左移动的过程中,突然于某个位置消失


没有人在动图上做过手脚,也并不是因为你瞎了

这正是我们平常说的盲点。


而全人类的眼睛,都存在着这么个不合理的缺陷。



不过也正是因为这一“设计”缺陷,进化论才多了一个有力的证据反驳神创论。


无法否认,眼睛是一个精细到无与伦比的设计。

虽然我们常把眼睛比作照相机,但它其实又远比照相机复杂。


而因为无法找到眼睛有关的化石(眼睛难以形成化石),连进化论的创始人达尔都无法回答眼睛形成的问题。


达尔文


也正是达尔文对眼睛的困惑,才使神创论者有了完美的质疑点。

在神创论看来,说如此完美的眼睛结构是自然选择而成,是极度荒谬的。


但事实上,人眼虽结构精巧,但却绝不是完美的。



而这些缺陷却反倒成了进化论的有力证据,从此剧情发生了反转。


当初盛赞“人眼的完美,只能出于上帝之手”的神创论者,也像搬石头砸自己脚趾头一般。

他们无法辩驳,否则就得承认上帝是个“手残的缔造者”。


毕竟任凭哪个工程师都不会傻到“将视网膜贴反”,带来如此多不必要的麻烦。


视网膜


视网膜就像一架相机里面的感光底片,专门负责感光成像。

当我们看东西,物体的影像就通过屈光系统,落在视网膜上。


所以,视网膜是我们视觉形成的基础,一旦发生萎缩或脱落等病变,视力会严重受影响。



我们的视网膜大致由3层细胞组成,分别为感光细胞双极细胞节细胞


其中感光细胞*可将光信号转化为电信号,而双极细胞则负责分类处理这些电信号。

最后节细胞会把这些分类好的电信号传输至大脑,形成最终影像。


*注:人眼感光细胞包含视杆细胞和视锥细胞,其中视杆细胞负责弱光下的视力,而视锥细胞负责明亮光线下高分辨的成像和颜色辨别。



我们知道视网膜这3层细胞的功能后,应该就能推断出它们在眼球中的位置了。


理论上,感光细胞应该在最外侧,因为要接受外界传入的光信号

而节细胞负责最后将电信号传入大脑的最后一步,应该位于眼睛最内侧。


但我们人眼的实际情况,却恰恰相反,感光细胞和节细胞竟完全颠倒了。


1为感光细胞,2为双极细胞,3为节细胞


试想一下,节细胞在外,感光细胞在内的“设计”。


当光线射入瞳孔时,要先经过节细胞和双核细胞,最后才能到达感光细胞。

那么这些“挡”在感光结构前的细胞,就会反射或折射光线,使感光细胞成像的质量下降。


这就如同在照相机的胶片前面,外贴了一张半透明薄膜。


不仅如此,由于节细胞位于光线进入的方向。

所以它发出的神经纤维必然会汇聚成一束,反穿眼球再绕回大脑。


而在此处,感光细胞是没有落脚之地的,被称为视神经乳头。

所以这才导致了我们视网膜中有一块区域无法感光,从而形成盲点

红圈内为盲点形成的位置


不过,即便有一块区域人眼无法捕捉,但盲点并不会降低我们的视觉质量。

原因就在于,我们人类是有两只眼睛的


虽然每只眼睛都有一个盲点,但这两个盲点是不重叠的。

所以一只眼看不到的盲区,另一只眼能看到就行了。



那么问题来了,为什么就算闭上一只眼睛,我们还是无法察觉盲点的存在呢?


现阶段最靠谱的解释,便是大脑强大的“脑补”功能

人类的大脑会根据记忆和盲点周围环境,补全眼前该出现的画面。


而人眼的无意识跳跃和振动(即使我们盯住某个物体,这些动作仍会不断发生),都有助于刷新图像使盲点消失。


妹纸在测试盲点的小游戏


所以,我们只能通过一些手段,才能看到这生理上的盲点存在。


文章开头的小实验,便是一个关于人眼盲点的小测试。

只要操作是正确的,每个人都能找到自己眼中的盲点。


____________


除了盲点的出现,视网膜设计上的缺陷,还带来了系列的眼部疾病


例如为了给节细胞和双极细胞供氧,视网膜表面还布有一层血管网


这些血管除了扰乱入射光线外,任何出血或淤血都会挡住光路,极其影响视力。

这便是我们常说的眼底出血


而人眼设计中,最不科学的还数视网膜的固定方式


因为“反贴”了,视网膜与眼球壁之间只由感光细胞顶部与色素细胞层松散的接触,因此极易脱落


如脑袋遭受一记重拳,或随年龄增大眼球变性,都可能造成视网膜的脱落。

更夸张的是,高度近视眼是多翻几下白眼都可能出现状况。


视网膜脱落


而如果视网膜是“正贴”的话,神经纤维就会牢牢把它“拉住”,脱落就没那么易发生了。


因此,人眼视网膜的这种“错误设计”,也让许多人困惑。

例如英国演化生物学家理查德·道金斯就曾说,“任何设计师都能看出人类眼睛的设计是可笑的”。

理查德·道金斯


以前神创论者辩驳进化论的观点之一,便是眼睛这种精妙结构只有上帝才能创造出。

但随着科学家找到了人眼进化的证据,以及发现人眼这离奇的缺陷,才完成了进化论的又一次大捷。


而事实上,一直被认为低人一等的章鱼,其眼睛才是一个的正确设计

如果我们可以抄袭一下章鱼的眼睛结构,或许就没那么多毛病了。



章鱼眼睛的复杂程度与人类相当,在漆黑的深海中发现猎物是毫无压力的。

而且作为无脊椎动物,它们的眼睛在解剖学上也酷似人眼


不同的是,章鱼的视网膜是“正贴”的。

章鱼的感光细胞,就朝向光线进入的方向,而血管、神经纤维等都位于感光部位的后方。


章鱼眼与人眼解剖图对比


所以,这些神经是直接连到大脑,无需穿透视网膜,再绕路回大脑。

这不但使神经回路更短,视网膜被这些神经纤维拉住也不会那么轻易脱落了。


盲点?眼底出血?视网膜脱落?章鱼:不存在的。


既然如此,是什么原因导致人类没能进化出类似章鱼的眼睛呢?


其实不止人类,所有脊椎动物眼睛采取的都是倒装的方式。

而我们视网膜的倒置,还得从一个名为PAX6的古老基因说起。


高度透明的文昌鱼,箭头处为文昌鱼的“眼睛”


脊索动物门,头索亚门的文昌鱼就比任何脊椎亚门的动物保留了更多的祖先性状,是难得的活化石


文昌鱼身体的含水量很高,高度透明,有一条卷入体内的神经索贯穿头尾。


PAX6基因控制,神经索的头端有一个杯状凹陷,里面分布了两列感光细胞,称为“额眼”(Frontal eye)。


文昌鱼的几组感光器官,额眼位于头端


由于这个额眼并非长在外面,而是随着神经索进化被卷入体内,发生了翻转。


所以其左边的感光器官要穿透组织看右边,同样右边的感光器官则要穿透组织看左边。

这也是脊椎动物内外颠倒的眼睛的“原型”,就好比我们透过后脑勺看东西。


脊椎动物胚胎发育的早期阶段,就重现了文昌鱼“额眼”的整个过程。


即将发育成眼睛的凹陷来自内卷的神经管,左“眼”朝右,右“眼”朝左。

只是随着组织的越来越不透明,脊椎动物就再也不能左眼看右,右眼看左了。

深蓝色代表外层体壁;浅蓝色代表卷入体内的神经管,将发育成神经系统;橙色代表神经管两侧将要发育成眼睛的凹陷


之后,双眼的凹陷处便发生了第二次翻转。


而且随着翻转程度加深,一部分体壁上的细胞会填入凹陷,发育为角膜、玻璃体、晶状体等屈光结构,最终成为现代的眼睛。


神经管两侧凹陷,将发育成眼睛的形状


所以不难看出,脊椎动物的眼睛进化在第一次翻转,就已决定了我们视网膜的颠倒了。

此后脊椎动物更复杂的眼睛,也只能在这个结构上稍作修饰,已无力回天了。


这也再一次印证了进化的普遍规律:新结构都来自于旧结构,不能凭空出现。


____________


不过即便我们眼睛看上去并不完美,但它也有自己的聪明之处。


前文说到,挡在人眼感光细胞前方的一些细胞层等,会干扰到成像效果。

但在人类的进化过程中,也发展出了相应的优化措施——黄斑


黄斑是视网膜上的特殊区域,当我们凝视某一点时,它的图像就正好聚焦在黄斑上。

而在黄斑处,双极细胞、节细胞连同它们发出的神经纤维,以及视网膜表面的血管网和神经纤维等,都会向四周避开


如此一来,视网膜就会在黄斑处形成一个凹陷,叫做“中央凹”

在此处,感光细胞可以不被遮挡地接受光线的直射,能最大限度地消除了其他干扰。


所以当我们瞄准某一区域时,其分辨率和成像能力能达到“高清”级别

而我们平时检查视力,查的便是黄斑区的中心视力。


鹰和人一样都“贴反”了视网膜,但通过黄斑和晶状体,它们看在几百米甚至上千米处的猎物都毫无压力。

这说明了“反贴”视网膜,通过“优化”后并不妨碍高度清晰的图片形成。



而对人类来说,影响图像清晰度的主要还是晶状体的聚焦能力,与视网膜的朝向关系不大。


只要注意不是用眼过度,好好保护双眼。

视网膜脱落、眼底出血和盲点等,对我们的影响都不是大问题了。


*参考资料

朱钦士."反贴"的视网膜.生物学通报[J].2015.50(3)

Dr.Jerry Bergman.The Human Retina Shows Evidence of Good Design.2011.07.08

刘大可.眼睛是怎么进化出来的




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