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《科學畫報》

開博時間:2016-07-01 14:43:00

由中國科學社于1933年8月創刊,距今已有80年的歷史。《科學畫報》在80年的辦刊歷程中,形成了通俗生動、圖文并茂地介紹最新科技知識,形式多樣地普及科學技術的特點,對提高廣大群眾的科學水平,啟發青年愛好科學、投身科學事業起了很大的作用,當今的不少著名學者、教授、科學家,青少年時代都曾受到它的熏陶和啟發。

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瞳孔大不同

2019-10-07 21:40:00

  盯著一個人的眼睛,你會注意到他的眼球中央有一個黑色的、圓形的瞳孔,這是光線進入眼睛的通道,光線進入眼睛,我們才能看到大千世界。

  然而,如果你盯著的是其他動物的眼睛,就會驚奇地發現,不同動物的瞳孔形狀竟有如此巨大的差異!比如,貓的瞳孔可以在強光下瞇成一條豎著的縫,而山羊的瞳孔看起來更像一根橫著的單杠。

  科學家早就留意到了這種差異,但他們更想搞清楚的是現象背后的原因:為什么自然界會存在如此多樣的瞳孔形狀?為什么每一種動物都擁有與眾不同的瞳孔——換個問法,為什么貓的瞳孔是豎著的,而不是像山羊一樣的橫瞳孔?

  為了揭開其中的秘密,美國加州大學伯克利分校的科學家馬丁?班克斯研究了214種陸生動物的眼睛,其中包括以獵殺和捕食其他動物為生的食肉動物——我們叫它們捕食者,也包括被捕食掉的獵物。比較這214雙眼睛,班克斯他們發現,擁有什么樣的瞳孔,取決于它在大自然里的角色是捕食者還是獵物。

  捕食者都擁有豎瞳孔

  能把瞳孔瞇成一條豎直窄縫的,往往都是捕食者,并且大多數擅長伏擊。所謂伏擊,是指在捕獵的時候先把自己藏匿起來,待獵物靠近后,再找準時機猛撲過去。

  那么,豎瞳孔是怎樣幫助捕食者伏擊獵物的呢?

  我們用熟悉的照相機舉個例子,光圈是光線進入照相機的通道,因此,光圈之于照相機,就好比瞳孔之于動物的眼睛,將光圈調成一條豎著的窄縫,就相當于人為制造了一只豎瞳孔。

  當照相機聚焦在離它較近的物體上時,周圍的其他物體,無論比這個目標物體更遠還是更近,都變得很模糊。這種現象在照相機的成像技術中有一個專門的名詞,就叫“模糊”。

  眼睛也一樣。不信的話,閉上一只眼睛,盯著遠近不同的兩只手指試試看。當眼睛聚焦在遠處的手指時,近處的那只就十分模糊;而聚焦在近處的手指時,遠處的那只又變得模糊了。

  模糊現象用來判斷附近物體的距離,而且,豎瞳孔可以增強模糊現象。對于貼伏于地面的捕食者來說,豎瞳孔有利于它們準確判斷自己到獵物之間的距離,這樣才能一步到位地撲到目標,而不至于撲空。

  班克斯還注意到,擁有豎瞳孔的動物,它們的眼睛都長在頭部的前端,而不是兩側。所以,兩只眼睛可以同時聚焦在前方的一個目標,產生略有不同又相互重疊的視野,這種能力稱為“雙眼視覺”。雙眼視覺一方面可以讓視野更全面——一只眼睛所看見的視野難免存在盲區,兩只眼睛一起看,就能有效彌補盲區缺損;另一方面,來自兩眼的圖像信息在大腦里交織在一起,就能產生比單眼看到的更富于立體感的圖像。

  雙眼視覺跟模糊現象一樣,也是在豎瞳孔上更強大。看來,豎瞳孔確實是捕食者判斷獵物位置的好幫手。

  可憐的獵物,幸虧長著橫瞳孔

  捕食者的獵物往往是綿羊、山羊、鹿和馬等食草動物,它們的眼睛大多長在頭部兩側,并且擁有能橫向拉伸的瞳孔。橫瞳孔可以最大限度地拓寬水平視野,看得更廣。身為獵物,橫瞳孔的好處是顯而易見的——它們并不能預見敵人會從哪個方向躥出來,所以不得不眼觀六路。

  一旦發現敵人,它們就得盡快逃跑。這時,長著一雙位于兩側的眼睛就顯得非常機智。班克斯解釋道:“我們人類可以扭頭環顧左右,甚至一邊用眼角的余光打量四周,一邊全速逃命。而獵物們是依靠橫瞳孔做到這一點的,橫瞳孔使它們在警惕左右的同時,還能兼顧前方。”

  在不需要逃命的時候,橫瞳孔還有優勢嗎?比如,當山羊低頭啃草時,橫瞳孔還能助它眼觀六路嗎?就此,班克斯親自去了一家動物園,觀察了山羊吃草時眼睛的狀態。他描述道:“當山羊低頭啃草時,它們的眼睛會在眼窩里上下轉動,使橫向的瞳孔始終與地面保持平行。”進一步觀察發現,不只山羊,綿羊、馬、駝鹿和鹿等動物也同樣如此。

  人類的圓形瞳孔

  如果說,豎瞳孔能幫助肉食動物捕食,橫瞳孔能保護食草動物不會被捕食,那么我們人類擁有的圓形瞳孔有什么作用呢?

  人類的祖先是不折不扣的捕獵者,但同時也是野狼、黑熊等動物的獵物,因此,人類的圓形瞳孔可能是介于豎瞳孔和橫瞳孔之間的一種中間狀態。

  另外,“捕食者擁有豎瞳孔”這個結論也不是絕對的,比如,雖然貓的瞳孔可以瞇成一條豎著的縫,但同樣屬于貓科動物的老虎、獅子和獵豹等大型捕食者卻擁有與我們人類一樣的圓形瞳孔。這充分體現了結構與功能的一致性,畢竟,豎瞳孔只對那些需要貼伏在地面上觀察獵物的捕食者有用,老虎、獅子、獵豹和我們人類的體形都較高,眼睛遠離地面,也就不需要豎瞳孔了。

  更何況,對我們人類而言,眼睛有比協助捕食更重要的作用,那就是識別——認符號、認形狀,乃至認字、認路、認臉,等等。在發揮識別功能的時候,豎瞳孔所帶來的模糊現象反而成了累贅。

本文來自《科學畫報》

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