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动物眼中的视差世界

2014-09-15王庄林

青少年科技博览(中学版) 2014年5期
关键词:视锥紫外光瞳孔

王庄林

动物眼中的世界究竟是什么样子?动物看世界的方式与人类差异到底有多大?多少个世纪以来,人类并不能够给出一个准确的答案。直到今天,最新的科学研究才揭示了动物惊人的视觉差异。

狗眼未必看人低

俗话说“狗眼看人低”,实际情况并非如此。犬齿类的动物都天生具有捕捉的本能,猎物任何微小的动静都会立刻引起它们的注意。狗的祖先狼则是犬齿类动物中出色的猎手,它甚至可以在1000米以外轻易判断出猎物是否患病,是否疲劳,是否精神紧张,并以此决定如何发起攻击。猎物一旦表现出某种恐惧,那么它就很难再逃过狼的利齿。相反,当猎物不慌不忙充满自信时,狼便不敢轻举妄动。狼把灵敏的嗅觉与视觉合二为一,狼敏锐的目光往往被引向闻起来令狼垂涎的目标身上。虽然狗被人豢养,大多不用去捕食猎物,但它观察周围环境时所表现出的特点与老祖宗一模一样。这就难怪一只狗遇上生人时,总是疑神疑鬼,除了观望之外,还时常会凑上去闻闻,否则心里不踏实。

除了看世界的方式比较特别外,狗眼看到的东西也与人类看到的有很大不同。狗眼中的视锥光感细胞较少,因此狗眼中世界的色彩非常单调,不像人类眼中的世界那样五彩缤纷。但狗眼中杆状细胞较多,所以在昏暗的环境下,它的视力出奇地好,看到的东西远比人眼能看到的多,也清楚得多。另外,静止的物体不容易引起狗的察觉,它擅长捕捉运动的物体。狗可以在1000米以外看到一只挥动的手,很明显,这是继承了老祖宗狼的“专利”。

美洲豹眼夜视非凡

由于美洲豹的眼部肌肉能随瞳孔的收缩而迅速隆起,因而能快速而完全地闭合眼睛,而且瞳孔能扩张得很大,因而它能在近乎无光的条件下捕猎。另外,美洲豹眼睛的膜状层也具有特殊的功能,即当夜间极微弱的光线反射到视网膜上时,它的眼睛能将这种光亮进行放大。具有这种放大功能的眼组织叫做膜状层,这种类似于一面镜子的薄膜能将已穿过视网膜的光经过视网膜再次反射回来,让光再次去刺激杆状光感细胞,从而看清夜晚的景物。

美洲豹的这一特性加上其发达的嗅觉器官和非凡的探测运动物体的能力,使它成为最可畏的食肉动物。

农村的驴,常常被蒙上眼睛拉磨,一副全然不知的样子。驴只有在低头吃草时,双眼才具有最大的视野,因为此时它的身体基本保持不动,两眼也不向前看,每个眼睛视角都达146度,且左眼与右眼所看到的景象都不相同。驴的脑袋与驴的四肢之间有一个盲区,一般来说,这一盲区大约有120厘米长、50厘米宽。不过不要紧,驴只要稍稍晃一下脑袋就可以看到这一区域了。首先要把头摆正,其次双眼要同时目不转睛地向前方看,以便两个眼睛看到的景象可以重叠到一起,由此才能辨别清楚物体并测定出物体与自己的距离,以保证自己不撞到东西。

有趣的是,驴眼看到的世界在水平方向与垂直方向上与我们人类看到的各不相同。这是因为驴眼的瞳孔是扁平的、呈长方形状,可以把水平向上的景物尽收眼底,其所看景物的范围之广远远超过人类。然而驴眼无法很好地洞察垂直方向上的动静,当人在驴面前突然把手举起来,驴会因为无法看清手在上方何处而吓得不知所措。

青蛙具特定动态视觉

青蛙的眼睛对动的东西很灵敏,对不动的东西却视而不见。那么蛙眼具有怎样的结构特点呢?

科学家们经过深入研究发现,青蛙眼睛的视网膜由三层细胞组成:光感细胞层、中间联系细胞层和神经节细胞层。第一层的光感细胞把外界景物的影像成像在视网膜上,并把影像转换为神经电信号;第二层联系细胞负责将电信号传给第三层;第三层神经节细胞则检测影像特征,并将这些电信号编成密码传给大脑。神经节细胞又分为四类,每一类都执行特定的检测功能,只对运动目标的某一特征有反应,分别辨认、抽取视网膜图像的不同特征。这样,就把一个复杂的图像分解成了几种易于辨认的特征,提高了发现与辨认目标的速度和准确性。因此,科学家们把这四类神经节细胞称为“检测器”,分别是“边缘检测器”、“凸边检测器”、“反差检测器”和“变暗检测器”。这四种检测器共同作用,就可以使青蛙只对与它生存有紧要关系的景物有反应,而对与它的生存没有意义的事物,如不动的或摇动的树木和草叶则都没有反应。

不难看出,蛙眼对背景不起反应,而是集中注意相对于背景运动、具有特定形态特征的物体。一旦一只昆虫或者天敌的“影子”从眼前掠过,它立即就会做出反应,扑向食物或者逃进水中。青蛙动态视觉器官的这一特性,给“运动目标探测器”提供了设计原理和模型。

鱼眼瞪大看世界

鱼眼中的世界与人类所看到的更是大不一样。

由于光的折射和反射,在水中看物体,会觉得物体变形,颜色暗淡。为了区分周围的物体,鱼眼的瞳孔放得非常大,接收尽可能多的光线。

除了视觉细胞与瞳孔外,鱼眼中的晶状体也是球形的,这使其可以汇聚入射光线。由于鱼的晶状体本身不能变形调焦,视觉调节只能靠晶状体前后摆动来实现。比如,当其晶状体推向前方时,长在两侧的眼睛可以看见前方较近的物体和身后较远的东西,相反,当晶状体向后边缩时,可以看见后边较近的东西和前方较远处的物体。由此看来,鱼眼盯着的东西未必被它注意,或许我们在与海洋馆里的鱼儿面面相觑、以眼还眼之时,它们未必把我们“放在眼里”。

鱼的眼睛没有眼皮,这使其“牺牲”时都呈死不瞑目状。然而这还会带来许多烦恼,比如,强烈的阳光可能灼伤鱼的视网膜。好在鱼眼的视网膜上覆盖有一层天然的色素细胞层,可以起到保护作用。

蜜蜂能看见紫外光

在春暖花开的季节,绚丽多姿的花卉竞相开放,吸引若干群蜜蜂前来采蜜。但是,蜜蜂的色彩世界和我们人类所看到的截然不同,这是由于它能看到紫外光的缘故。其实蜜蜂有5只眼,其中单眼有3只,能够感觉光的强弱,起着光度计的作用,帮助蜜蜂掌握早出晚归的时刻;另外有两只复眼,共由12000多个六角形小眼组成,它们各自自成体系,都能看东西。

科学家们多年来已经了解到,蜜蜂能够根据太阳的位置来找到食物的来源。但蜜蜂是如何具有这种本领的?

德国科学家约翰逊·麦克唐纳发现,在阴天,哪怕蜜蜂仅能看到小小的一块蓝天,都能找到食物。他说,之所以能够这样,是因为蜜蜂善于利用阳光折射的紫外光来判定它们寻食的路径。这种折射的紫外光是由太阳光在大气层中被分散而产生的。蜜蜂的眼睛里有一种能够折射紫外光的特殊细胞。这种细胞能在蜜蜂的脑子里绘制出一种地图,即使太阳被云层遮住,它也能了解到太阳的方位。当蜜蜂在打着圈飞行的时候,这种特殊的眼细胞就能在某一点上接到相对来说最亮的紫外光。蜜蜂便知道这个点正对着太阳的方向。

因此,一只蜜蜂只要记住了同伴舞蹈的方向,便能准确地向食物源飞去。科学家为此做了许多试验。他们在野外观察蜜蜂,记录蜜蜂的舞蹈并向蜜蜂提供一种人造的折射紫外光源,来测试它们的这种能力。试验证明,蜜蜂眼睛里的那种特殊细胞实际上是一种天然的绘图仪。

鹰鹫千里敏锐眼

我们常以“鹰眼”来形容人眼睛的锐敏。鹰眼确实是十分厉害的。虽然在高空飞翔着,但往草丛里逃跑的小兔子、往母鸡翅膀下躲藏的小鸡雏,它都能一目了然。猎人正是利用了老鹰的这个特点,不见兔子不撒鹰,撤了老鹰,任兔子跑得再快,也难逃出鹰的眼睛。

鹰的这双炯炯有神的眼睛有它特殊的构造。鹰眼的视网膜上有正中央凹和侧中央凹两种形态。正中央凹能发现前侧视野里的物体,侧中央凹能感知鹰头前面的物体。由两个中央凹交叉的视区为最锐敏视区。如果把人的眼睛和鹰的眼睛对比一下,我们就可以看到,人眼睛只有一个中央凹,视锥细胞每平方毫米14.7万个,而鹰眼睛的中央凹视锥细胞每平方毫米为100万个;人眼瞳孔直径为3毫米,而鹰眼瞳孔直径为6毫米,所以鹰的眼睛比人的眼睛敏锐得多。

视网膜的光感受器视锥细胞携带对光敏感的一种“视蛋白”。鹰之所以能看到远距离的猎物,是因为富有“视蛋白”的视锥细胞光感受器紧密堆积在视网膜上。而提高人眼的清晰度的一个途径就是在视网膜上塞满更多的视锥细胞。虽然这会提高我们的视力,不过这一过程可能让我们的眼睛感觉不适,因此要慎重。

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