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《科学画报》

开博时间:2016-07-01 14:43:00

由中国科学社于1933年8月创刊,距今已有80年的历史。《科学画报》在80年的办刊历程中,形成了通俗生动、图文并茂地介绍最新科技知识,形式多样地普及科学技术的特点,对提高广大群众的科学水平,启发青年爱好科学、投身科学事业起了很大的作用,当今的不少著名学者、教授、科学家,青少年时代都曾受到它的熏陶和启发。

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瞳孔大不同

2019-10-07 21:40:00

  盯着一个人的眼睛,你会注意到他的眼球中央有一个黑色的、圆形的瞳孔,这是光线进入眼睛的通道,光线进入眼睛,我们才能看到大千世界。

  然而,如果你盯着的是其他动物的眼睛,就会惊奇地发现,不同动物的瞳孔形状竟有如此巨大的差异!比如,猫的瞳孔可以在强光下眯成一条竖着的缝,而山羊的瞳孔看起来更像一根横着的单杠。

  科学家早就留意到了这种差异,但他们更想搞清楚的是现象背后的原因:为什么自然界会存在如此多样的瞳孔形状?为什么每一种动物都拥有与众不同的瞳孔——换个问法,为什么猫的瞳孔是竖着的,而不是像山羊一样的横瞳孔?

  为了揭开其中的秘密,美国加州大学伯克利分校的科学家马丁?班克斯研究了214种陆生动物的眼睛,其中包括以猎杀和捕食其他动物为生的食肉动物——我们叫它们捕食者,也包括被捕食掉的猎物。比较这214双眼睛,班克斯他们发现,拥有什么样的瞳孔,取决于它在大自然里的角色是捕食者还是猎物。

  捕食者都拥有竖瞳孔

  能把瞳孔眯成一条竖直窄缝的,往往都是捕食者,并且大多数擅长伏击。所谓伏击,是指在捕猎的时候先把自己藏匿起来,待猎物靠近后,再找准时机猛扑过去。

  那么,竖瞳孔是怎样帮助捕食者伏击猎物的呢?

  我们用熟悉的照相机举个例子,光圈是光线进入照相机的通道,因此,光圈之于照相机,就好比瞳孔之于动物的眼睛,将光圈调成一条竖着的窄缝,就相当于人为制造了一只竖瞳孔。

  当照相机聚焦在离它较近的物体上时,周围的其他物体,无论比这个目标物体更远还是更近,都变得很模糊。这种现象在照相机的成像技术中有一个专门的名词,就叫“模糊”。

  眼睛也一样。不信的话,闭上一只眼睛,盯着远近不同的两只手指试试看。当眼睛聚焦在远处的手指时,近处的那只就十分模糊;而聚焦在近处的手指时,远处的那只又变得模糊了。

  模糊现象用来判断附近物体的距离,而且,竖瞳孔可以增强模糊现象。对于贴伏于地面的捕食者来说,竖瞳孔有利于它们准确判断自己到猎物之间的距离,这样才能一步到位地扑到目标,而不至于扑空。

  班克斯还注意到,拥有竖瞳孔的动物,它们的眼睛都长在头部的前端,而不是两侧。所以,两只眼睛可以同时聚焦在前方的一个目标,产生略有不同又相互重叠的视野,这种能力称为“双眼视觉”。双眼视觉一方面可以让视野更全面——一只眼睛所看见的视野难免存在盲区,两只眼睛一起看,就能有效弥补盲区缺损;另一方面,来自两眼的图像信息在大脑里交织在一起,就能产生比单眼看到的更富于立体感的图像。

  双眼视觉跟模糊现象一样,也是在竖瞳孔上更强大。看来,竖瞳孔确实是捕食者判断猎物位置的好帮手。

  可怜的猎物,幸亏长着横瞳孔

  捕食者的猎物往往是绵羊、山羊、鹿和马等食草动物,它们的眼睛大多长在头部两侧,并且拥有能横向拉伸的瞳孔。横瞳孔可以最大限度地拓宽水平视野,看得更广。身为猎物,横瞳孔的好处是显而易见的——它们并不能预见敌人会从哪个方向蹿出来,所以不得不眼观六路。

  一旦发现敌人,它们就得尽快逃跑。这时,长着一双位于两侧的眼睛就显得非常机智。班克斯解释道:“我们人类可以扭头环顾左右,甚至一边用眼角的余光打量四周,一边全速逃命。而猎物们是依靠横瞳孔做到这一点的,横瞳孔使它们在警惕左右的同时,还能兼顾前方。”

  在不需要逃命的时候,横瞳孔还有优势吗?比如,当山羊低头啃草时,横瞳孔还能助它眼观六路吗?就此,班克斯亲自去了一家动物园,观察了山羊吃草时眼睛的状态。他描述道:“当山羊低头啃草时,它们的眼睛会在眼窝里上下转动,使横向的瞳孔始终与地面保持平行。”进一步观察发现,不只山羊,绵羊、马、驼鹿和鹿等动物也同样如此。

  人类的圆形瞳孔

  如果说,竖瞳孔能帮助肉食动物捕食,横瞳孔能保护食草动物不会被捕食,那么我们人类拥有的圆形瞳孔有什么作用呢?

  人类的祖先是不折不扣的捕猎者,但同时也是野狼、黑熊等动物的猎物,因此,人类的圆形瞳孔可能是介于竖瞳孔和横瞳孔之间的一种中间状态。

  另外,“捕食者拥有竖瞳孔”这个结论也不是绝对的,比如,虽然猫的瞳孔可以眯成一条竖着的缝,但同样属于猫科动物的老虎、狮子和猎豹等大型捕食者却拥有与我们人类一样的圆形瞳孔。这充分体现了结构与功能的一致性,毕竟,竖瞳孔只对那些需要贴伏在地面上观察猎物的捕食者有用,老虎、狮子、猎豹和我们人类的体形都较高,眼睛远离地面,也就不需要竖瞳孔了。

  更何况,对我们人类而言,眼睛有比协助捕食更重要的作用,那就是识别——认符号、认形状,乃至认字、认路、认脸,等等。在发挥识别功能的时候,竖瞳孔所带来的模糊现象反而成了累赘。

本文来自《科学画报》

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