问题

远古生物如果还没有进化出晶状体,是否有可能进化出视觉?

回答
这个问题很有意思,它触及了生物进化中一些非常核心的概念。如果远古生物没有进化出晶状体,它们是否还能发展出视觉?我的看法是,有可能,但视觉的“质量”和“功能”会与我们今天所理解的视觉大相径庭。

首先,我们需要明确“视觉”到底是什么意思。在最基础的层面上,视觉就是感知光线,并能够区分不同光照强度和方向的能力。 再往上,则包含了形成图像、识别物体、感知颜色、深度等等复杂的功能。

如果一个生物没有晶状体,那么它就无法像我们一样通过聚焦光线来形成清晰的图像。晶状体就像相机镜头一样,负责将来自外界的光线精确地汇聚到感光细胞上。没有这个聚焦机制,光线会比较分散。

那么,没有晶状体,生物还能感知光线吗?当然可以!我们知道,即使是最简单的生命形式,也能对光做出反应。比如,一些单细胞生物,像眼虫(Euglena),它们就有一个叫做“眼点”(stigma or eyespot)的感光器。眼点并不是一个复杂的眼睛,它可能只是一些简单的色素颗粒,能够感知光线的方向和强度。眼虫通过这种方式来寻找更适合光合作用的环境。

在更复杂的生物身上,即使没有晶状体,也能发展出“感光斑”或者“杯状眼”。

感光斑 (Lightsensitive spot/patch): 想象一下,在生物体的体表某些区域,聚集了一堆对光敏感的细胞。当光线照射到这些细胞时,它们会产生电信号,然后传递给神经系统。这些细胞本身可能只是简单的色素细胞,或者含有光敏感蛋白(如视蛋白)。它们无法形成图像,但能够感知到“有没有光”,以及“光从哪个方向来”。这对于那些需要避光或者趋光的生物来说已经足够了。例如,有些海蛞蝓,虽然没有明显的眼睛,但它们的皮肤上分布着感光细胞,可以帮助它们判断是白天还是黑夜,从而决定活动的模式。

杯状眼 (Cupshaped eye): 这是比感光斑更进一步的结构。想象一下,将一群感光细胞稍微凹陷,形成一个杯状的结构。这个“杯子”的开口朝外。这样,来自特定方向的光线就会照射到杯子内壁的感光细胞上。由于开口的方向是固定的,生物就能通过感知哪个方向的杯状眼被激活,来大致判断出光线的来源方向。而且,由于杯壁对光线有一定的遮挡作用,光线进入的角度也会受到一定限制,这会提供一些模糊的“方向性”信息,比完全平面的感光斑要好一些。

很多无脊椎动物,比如水母、海葵,都有不同程度的杯状眼。有些海星的腕端也有简单的杯状眼,可以感知光线的明暗和方向,帮助它们找到阴影区域躲避捕食者。

那么,没有晶状体,它们能“看见”东西吗?

如果“看见”指的是形成清晰的、有细节的图像,那么没有晶状体是不行的。因为晶状体是将光线聚焦到视网膜(或者其等效结构)上,才能分辨出物体的形状、大小、纹理等信息。

但是,如果我们将视觉的定义放宽,比如能够根据光线的变化来调整行为,或者感知到运动物体的位置,那么没有晶状体的生物是完全可能发展出这种“视觉”的。

感知光线强度变化: 它们可以感知到周围的光线是变亮了还是变暗了。
感知方向: 通过分布在不同区域的感光细胞或杯状眼,它们可以判断出光线来自哪个大致方向。
感知运动: 最为关键的是,即使没有图像形成能力,对光线强度变化的快速响应也能帮助生物感知运动。 想象一下,一个物体快速地从一个感光区域移动到另一个区域,导致光照强度在不同区域以特定顺序变化。生物体可以检测到这种模式,从而意识到有东西在移动,甚至大概判断出移动的方向和速度。许多无脊椎动物,即使视觉能力有限,也对运动非常敏感。

为什么晶状体会是进化中的一个重要节点?

晶状体的出现,极大地提升了视觉的“分辨率”和“聚焦能力”。 它让生物能够从模糊的光信号中提取出更多、更精细的信息,从而能够识别复杂的物体、进行精密的捕食或躲避、甚至进行复杂的社会交流。

所以,没有晶状体,远古生物仍然有可能进化出“对光敏感”的能力,能够感知光线强度、方向,甚至通过光线变化感知运动。它们可能会发展出各种各样的感光器官,从简单的感光斑到更复杂的杯状眼。这种“视觉”虽然不像我们今天看到的那么“像电影”,但足以帮助它们在当时的生存环境中找到食物、躲避危险、寻找配偶,从而继续演化下去。

最终,晶状体的进化,是对这种基础视觉能力的重大升级,它为生物打开了通往更高质量视觉的大门。但在此之前,没有晶状体的生物,已经能够凭借其简陋但有效的“感光能力”,在漫长的进化道路上走得很远了。

网友意见

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有可能。

晶状体指脊椎动物眼睛里的透明双凸屈光结构。三叶虫的方解石(碳酸钙)透镜、鹦鹉螺的小孔成像、章鱼和乌贼的球状透镜(与脊椎动物的晶状体非同源)、现代昆虫的复眼都是不使用晶状体的成像手段。

视觉不等于成像。视觉开始于能显示明暗的简单光感受器,将其配置在身体各处可以读取光照方向。多细胞生物可以通过演化积累和后天学习适应“很杂乱”的输入信号并整理出可用的模式。某些现代双壳类和某些棘皮动物的视觉系统仍是散布在身上大面积区域、完全不追求成像的。

小孔、狭缝之类构造没有透镜也能成像,图像相对较暗。

扇贝的眼睛使用凹面鸟嘌呤晶体将光反射聚焦到视网膜,可以检测光的方向、强度和物体运动造成的对比度变化。

石鳖背上的单眼群采用霰石(碳酸钙)透镜,可以作为复眼发挥功能。

在各种透镜眼中,透镜的材质和结构可以多样化。

单眼藻科甲藻的 Ocelloid 由线粒体和至少一种质体组成,在单个细胞内实现了类似透镜眼的结构,可能用来搜寻猎物。

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