我們的世界呈現在動物眼中是什麼樣子

2020-12-08 大百科全書資料庫

動物和人類共享著這個世界。為了生存,每種動物都進化出不同的能力,有不同的感覺器官,比如眼睛。不同生物會根據實際需求,演化出不同的視覺系統。有些動物是色盲,有些動物能看到我們看不到的顏色,有些動物能以慢動作的方式看世界,有的動物能更細緻地觀察世界。

視錐細胞和視杆細胞

眼睛是視覺的感受器,眼睛接受光刺激,經過中樞神經有關部分進行編碼、加工和分析後獲得視覺。視細胞是視網膜的感光神經元,分為視錐細胞和視杆細胞。

人眼視網膜結構

視錐細胞呈錐狀,在強光下起作用,能分辨物體的細節和顏色。視錐細胞類型的多少,就決定了眼睛能看到多少種顏色。視杆細胞呈杆狀,在弱光下起作用,只能分辨明暗和物體的輪廓,不能分辨物體的細節和顏色。

視錐細胞和視杆細胞通過與其相連接的神經纖維穿過視網膜會聚在一起,形成視神經,將神經衝動傳到大腦皮層,對視覺信息進行複雜的加工,最後產生視覺映像。夜間活動的動物視網膜的光感受器以視杆細胞為主,而晝間活動的動物則以視錐細胞為主,大多數脊椎動物(包括人)兩者兼有。

我們對外部世界的視覺感知取決於我們的眼睛如何處理光線。人是三色視覺,有三種視錐細胞,分別存在三種視覺色素,可以觀察到紅色、綠色和藍色。如果某種視覺色素缺少或異常,就會造成色覺缺陷,即色盲。

而動物處理光的方式則不同,有些動物只有兩種視錐細胞,這使它們部分色盲。有些動物有四種視錐細胞,能夠看到紫外線光譜。有些動物可以檢測到偏振光,即同一平面內的光振蕩。一些動物有更多的視杆細胞,在黑暗中看得更清楚。

動物的大腦如何處理視覺信息形成視覺是非常複雜的過程,由於技術及想像力的局限,完全還原動物的眼中世界是不可能的,但我們可以了解一下它們觀察世界的獨特視角。

蛇有紅外線接收器

人的視覺(左)蛇的模擬視覺(右)

蛇通常辨認不出太多的顏色,而且大多數種類的蛇在白天的視力比較模糊,在晚上看得更清晰。有些蛇,如響尾蛇和巨蟒,能夠探測到紅外線熱信號。它們有一種特殊的感官工具叫做「頰窩器官」,即鼻孔和眼睛之間的鼻口兩側的一對小孔。頰窩器官能夠探測到熱信號,然後將其轉化為神經信號傳達大腦。大腦將來自頰窩器官的熱信號與來自眼睛的視信息融合在一起,獵物的熱成像圖就會覆蓋在視覺圖像上。

鳥類的眼睛可以多倍變焦

良好的視力是安全飛行的必要條件,所以鳥類的眼睛已經進化的相當完美。鳥類有四種錐細胞,是四色視覺,可以同時看到紅、綠、藍和紫外線。所以它們能夠辨別很多人類肉眼無法分辨的色彩。由於視網膜中存在高密度的錐體細胞,再加上感知紫外線的能力為它們的視覺增加了更多細節,因此鳥類的視力非常好,比如,鷹能發現數千米外的一隻兔子,也不知道這是多少倍的變焦效果。

人類視覺(左)鳥類視覺模擬(右)

除了可以看到紫外線,鳥類還可以迅速改變眼睛晶狀體的形狀,在它們俯衝抓起陸地上的獵物時保持聚焦,或者在潛入水中時適應折射率的突然變化。

昆蟲的眼睛通常由數千個微小的透鏡和感受器組成,它們共同產生了寬闊的視野,大部分昆蟲能夠看見紫外線,而且可以將它們所看到的世界慢動作化。就像大片裡那些躲子彈的鏡頭感覺差不多。

蒼蠅擁有炫酷的慢動作眼

蒼蠅的複眼由成千上萬個被稱為全單體的小視覺感受器組成。每一個網膜本身就是一隻正常運作的眼睛,所有的網膜一起提供一個更廣闊的視野。而且蒼蠅的眼睛向外突出,提供了接近360度的周邊視覺。

人類視覺(左)蒼蠅視覺模擬(右)

蒼蠅的視力或多或少有些模糊,類似於像素化或者馬賽克的效果。此外,由於它們複眼中的所有光感受器都是鎖定的,所以不能聚焦一個物體,也看不到幾米以外的地方。但蒼蠅的眼睛可以高速度成像,視覺反應非常快,可以說蒼蠅是在以比人類高得多的幀速率來看世界,這也是為何它們總能躲過我們的攻擊。

蜜蜂也是三色視覺

人類視覺(左)蜜蜂視覺模擬(右)

蜜蜂也有和蒼蠅一樣的複眼,但解析度極低。和人類一樣,它們也是三色視覺,但它們是對黃色、藍色和紫外線敏感,而不是紅、綠和藍色。它們能看到紫外線,這有助於它們在花朵中找到花粉。

貓狗都是紅綠色盲

人看見的顏色(左)狗看見的顏色(右)

狗只有兩種錐體細胞,對藍色和黃色敏感,對紅色和綠色不敏感。從人類的角度可以認為它們是紅綠色盲。另外,狗的視覺解析度低於人類。但狗的周邊視覺比我們的開闊,可以看到更廣闊的空間(就是超廣角)。視覺有限性增強了其他感官,狗有更高敏銳的嗅覺和更靈敏的耳朵,可以彌補視覺系統的限制。

人的視角(上)貓的超廣角視角(下)

貓也只有兩種錐形細胞,和狗一樣對紅色和綠色不敏感,複製貓的視覺,必須將紅色或綠色的東西混合成一種顏色,看上去像是加了小清新濾鏡。貓的視力解析度也較低,白天的看東西比人類稍模糊,視物效果相當於人類的近視眼,但在黑暗中卻有清晰的視力。和狗一樣,貓的周邊視覺也很開闊。

魚的視角有點圓

魚像人一樣可以看到不同的顏色。有些魚能看到紫外線,有些對偏振光很敏感。雖然魚類的眼睛和脊椎動物的眼睛相似,但它們的視角更圓。

魚眼視野邊緣會變形(右)

魚眼的晶狀體不能改變形狀,靠直接前後移動晶狀體的位置來聚焦,但能調節的位置有限,所以魚都是近視眼。魚看不了太遠,但是能看清距離很近的東西。你看不清鼻子前3釐米處的蟲子,魚就能看清。不過魚只能看清視野中間的物體,視野邊緣的物體會變形。雖然大多數魚的視力是全彩的,但也有例外,鯊魚就分辨不出顏色,它們的世界是黑白的。

烏賊可以看到偏振光

人的每一隻眼睛都有一塊區域無法捕捉光線,稱為盲點,而頭足類動物如章魚、烏賊的眼睛沒有盲點。

烏賊的眼睛(左)沒有人類(右)那樣的盲點

人類的眼睛在看向一樣物體並移動的時候,由於焦點發生了改變,焦點以外的事物就會變得模糊,但烏賊的眼球構造卻比人類要精密得多。烏賊的眼內有一種特殊的晶體,名為S-晶體蛋白,使得烏賊可以矯正模糊的圖像,並把將落於晶狀體表面不同地方的光線分別進行不同程度的彎曲。

烏賊看到顏色的是不同灰度的陰影(右)

烏賊的眼睛雖無法識別顏色,但卻能看到不同方向的偏振光,人類只有在佩戴太陽鏡時才能感受偏振光:太陽鏡正是通過過濾掉一種定向震動的光波來減少陽光的刺眼度的。因此,即使水下的光線非常昏暗,烏賊也能會看到帶有偏振信息疊加的灰色陰影,就像蛇看到紅外線信息一樣。烏賊憑藉辨認不同灰度來識別的不同顏色,並能夠通過模擬這種灰度讓皮膚的變色細胞模擬出相應的顏色。

螳螂蝦的視覺系統很複雜

螳螂蝦(皮皮蝦)的視覺系統是非常複雜的,除了人類能看到的可見光,它們還能看到不同波長的紫外線和偏振光。事實上,它們可能是唯一能探測到圓偏振光(光的波以圓周運動旋轉)的動物。這些視覺特徵使它們能夠區分兩種非常相似的顏色,並賦予了它們在水下看到一切細節的能力。

螳螂蝦的眼睛

螳螂蝦也有像蒼蠅一樣的複眼,但它的視力更好。螳螂蝦的眼睛分為三個部分——腹、背部的外圍區域和橫穿過二者之間的中間帶狀區。中間帶狀區由水平向的6排特化的小眼構成,它們幾乎涵蓋了所有類型的光感受器,不僅能感知圓形和線性偏振光,還能感知紅外線和紫外線。

可以說螳螂蝦看到的世界是我們人類難以想像的。它們眼中那個包含從近紫外到紅外之間整個光譜以及12種原色的世界到底會是什麼樣子的呢?

在動物世界中,人類的視力並不算最出色的,動物們的視覺能力讓我們意識到自身的局限。一直以來,我們都沉浸在人類的視角中去觀察和理解這個世界,而事實上這世界上有太多我們無法感知的東西。動物和人類的生理構成不同,觀察世界的角度不同,因此看到的世界也會不同。了解其他動物看待事物的視角,有助於我們拓寬思維空間,去想像一個肉眼無法得見的世界。

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