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无脊椎动物眼睛的进化与适应


□ 殷学波

  编者按:众所周知,眼睛是人体最重要的感觉器官,大脑中约80%的知识和记忆是通过眼睛获取的。令人惊叹的是,在无脊椎动物的多个演化序列中,眼睛各自独立地从头开始演化了几十次之多。可见眼睛在动物身体中的重要地位与复杂程度。

  动物为什么有视觉?眼睛是如何工作的?不同生物看到的大自然都是一样的吗?

  2010年12月30日,“看的展览——眼睛与视觉的奥秘”在北京自然博物馆隆重推出了。这是一个融多媒体展示与新理念于一体、观众可以亲自参与体验与互动的展览,相信本文与这个展览能够带领读者一起揭开关于眼睛的更多奥秘。

  多门类原始动物的眼点

  自起源时起,生物就需要感知环境。生物用于感知环境中光线的器官,我们称之为视觉器官,这就是“眼”。

  单细胞生物的眼点是由埋在无色基质中的含有类胡萝卜素、血红素成分的小颗粒组成的。例如绿眼虫(即眼虫藻),其眼点可通过遮光来调节鞭毛的运动。当其他藻类还在一片混沌中乱撞的时候,绿眼虫却可以根据眼点的感光情况随时调整运动方向,使自己能够趋向光线明亮的地方,更好地进行光合作用。

  在一些原始的多细胞生物体中,也分散着一些感光细胞。柔软的海绵看起来并没长着眼睛,然而它的感光细胞就高踞在每个触手的顶端。海星属于棘皮动物,其每只腕足的末端都有一个红色的眼点,能感知光线的明暗及光源的大概方向。当感知到黑影时,海星就会判断可能有敌人来袭,便会把身体迅速地隐藏在泥沙中。大多数海星具有负趋光性,不喜欢光亮,所以海星大多在夜间活动。

  水母属于腔肠动物门。海月水母体为白色透明的盘状,在伞的边缘生有触手,并有8个缺刻,每个缺刻中有一个感觉器。感觉器的外面有眼点,里面还有平衡石。花水母的眼点位于触手基部的感觉器的外面,在外胚层的内陷部;其眼点有晶体,色素细胞和感觉细胞交替排列。钵水母的眼点是黑、红、绿等色的小点。瑞士灯水母的眼点非常发达。

  环节动物中的蚯蚓没有眼睛,但它依靠散布在皮肤上的感光细胞也能感知光线的强弱。而在同为环节动物的水蛭的身体上,感光细胞聚集成群,并形成“眼点”。宽体蚂蟥(又称马蛭)的身体分为107环,共有5对眼点,依次排列在第2、3、4、6、9环上。

  在扁形动物门中的涡虫身上出现了最早的“双眼”形态。涡虫身体前部有两个对称的眼点,每个眼点有一个面向侧边的色素杯,色素杯内含有视觉细胞的杆状延长部分。此类杆状体呈辐射状排列。研究人员相信,由于光线传导过程中必须通过杆状体的全长,从而使涡虫最大限度感受到刺激,因而光源的方向能被很准确地感觉到。具细胞核的视体细胞位于杯外,一束神经纤维由此引出并通达脑。这样的眼,在未达感光杆体以前必须先通过神经纤维及视觉细胞本体,称为倒眼(人眼也是倒眼)。涡虫的眼点已有辨别方向的功能,因为它的一半陷在色素基中,无法感受到光线,眼点的另一半就可以较准确地判断光线的来源。涡虫对于光线很敏感,通常会从有光处退缩。

  软体动物的空腔眼、晶体眼和高级相机眼

  在软体动物中,眼睛的进化可谓丰富多彩。

  大约4亿年前的泥盆纪时代,在古老的无脊椎动物菊石的视觉器官中终于出现了能收缩或扩张的小孔,由此开始了瞳孔的进化历程。菊石在3.5亿年前的白垩纪便已灭绝,然而值得庆幸的是,今天,我们在菊石的近亲鹦鹉螺体内仍然可以看到这种原始的视觉器官。鹦鹉螺的“眼”约有l厘米厚,为环状空腔眼,有孔与外界相通,并具有色素细胞层和视网膜细胞层等,视网膜上的杆状感光细胞多达400万个。但是鹦鹉螺的眼睛没有晶状体,只是依靠小孔成像的原理,因此鹦鹉螺看到的只是一个昏暗的世界

  腹足类软体动物的眼睛大多位于一对大触角的顶端,如肺螺亚纲柄眼目的华蜗牛、条华蜗牛、巴蜗牛、蛞蝓等。其眼睛长在触角顶端,其分泌物具有透镜作用,这种眼睛在形式上类似我们今天的针孔摄像机,不过成像效果肯定差得多。蜗牛的眼睛看不到外界的图像,只能感知外界光线的明暗变化。

  肺螺亚纲基眼目软体动物的眼睛位于触角基部,如椎实螺。椎实螺的眼睛中有网网的晶状体,视网膜还有明显的中央凹,对光影变化很敏感。

  多板纲海生软体动物石鳖的眼睛长在身体背部的贝壳上面。因为石鳖的头藏在贝壳的下面,只有贝壳露在外面并能接触到光线,所以眼睛只有长在这个位置才能发挥作用。石鳖的眼睛很小,称为微眼,直径只有0.06~0.07毫米,但数量却非常多,且按照一定的次序排列在贝壳上,并以前边的壳片上分布最多。这些微眼中虽然都有角膜、晶体、色素层、视网膜等结构,但也只能感光或感知海水的振动或扰乱。目前已经发现很多保存较好的石鳖类化石,但其眼睛结构只发现在距今约1000万年前的化石上。

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摘自:大自然 2011年第02期  
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