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精密的眼睛_仿生趣谈

时间:2020-02-10百科知识联系我们
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精密的眼睛

眼睛是一个非常精密而又复杂的器官,它就像电视照相机,能把接受的光沿着神经传递到脑,恰如一个影像能沿着电视照相机的线路被输送到与之相应的发射机和接收机。但在显微镜下观察,这个装置非常复杂,目前我们对神经系统的整个线路还不十分清楚。但肯定要比人们所设计的任何电子系统都要复杂。

在显微镜下观察,我们可以看到眼的视网膜上有两类感光细胞,每一类都具有各自细微的神经末梢。在1平方毫米的视网膜上,聚集着几千个这种感光细胞,这就是前面提到过的视杆和视锥。多数动物的视网膜上有大量的视杆细胞,它对光极为敏感,即使在弱光、甚至接近于黑暗的情况下仍有感光作用。夜出活动的动物,视杆的这种高度灵敏性是由其他的特殊装置放大和协助所致。例如,晶状体能过滤紫外线和短波辐射,因此,可以保护灵敏的感光细胞。但是,红外线能通过晶状体和玻璃体而进入眼中,强烈的阳光就足以破坏一部分视网膜,所以人或多数动物都不愿直接注视极为耀眼的光源。此外,还有一些装置用来调节到达感光细胞上光的数量,最熟知的就是瞳孔。在亮光中瞳孔缩小,在暗光中它就放大。例如人的瞳孔最大时直径可达8毫米,最小时直径为2毫米。因此瞳孔最大时的面积为最小时面积的16倍。一般说来,动物瞳孔虽不如人的瞳孔大,然而其调节范围有时却超过人的瞳孔。这样,就可控制光线的数量。但是,外界环境中最暗与最亮的易初莲花光强度差别可达一百亿倍,如果光靠面积为16∶1的比例来调节是远远不够的。因此,不管是人的眼还是动物的眼,必须具有进一步控制和调节光强度的神经系统和化学机制。当光线照射视杆时,其中一部分就被极端灵敏的化学物质——视紫红质所吸收,然后视紫红质再分解为两种其他的化学物质:视黄醛和蛋白质。这个分解活动引起电脉冲传到脑,在接受一个影像的一只眼中,从全部视杆来的所有脉冲的总和就在脑中组成暗光图像。

任何一种被分解的化学物质必须立即再合成,否则,它的机能就停止了。当维生素A存在时,即与蛋白质结合而重新合成视紫红质,而维生素A是由视网膜后面靠近视杆和视锥的血管不断递送来的。视紫红质的分解和合成是连续不断的,并且总是保持着平衡,除非眼睛受到强烈的光线照射,平衡才被破坏。

强光会大幅度减低视网膜的效力,以致要恢复其功能,就必须长时间补偿维生素A,否则就造成暂时性盲,如果情况非常严重的话,暂时盲能延续到几个小时。曾有这样的证据:有些夜间动物由于视网膜暴露在光照下时间过长而受到永久性的损伤。

当人们在一个明亮的房间里把灯关掉,或从光线充足的环境突然进入到黑暗中时,人们的眼睛就需要一个短时间的暗光适应。因为经过强光照射后,视紫红质被大量分解,此时视杆细胞必需要接受大量的维生素A,经过一定时间的暗光视觉,才能合成这类化学物质以供视锥在亮易初莲花光中使用。人的年纪越轻,产生暗适应越快,除非维生素A在血液中被过多的酒精、尼古丁,或因疾病等破坏及中和。有些动物也需要这种短时间的适应期。

当一只猫在夜间刚放出门时,它并不灵活,直到它对暗淡的光线产生适应,并能辨别轮廓和动作时为止。一只狗摇头摆尾进入黑暗中,是通过鼻子和耳朵来分辨它需要的所有信息,并逐步适应于黑暗的环境。这两种动物世世代代就是这样重复着它们的祖先在野生环境中所具有的那些特点,运用着它们最重要的器官,猫使用它的眼,狗使用其鼻子。(www.anred.net.cn)

看来夜视必须有两个基本要素:白天保护灵敏的视杆和维生素A的及时供应。肝脏是维生素A的贮存库,有趣的是,有些夜间肉食动物在吃被猎动物时,总爱先吃它们的肝脏。

不同种类的动物视网膜感受器的大小都有差别,一般视锥总是比视杆大。了解这一点是很重要的。通过放大镜看一幅报纸插图时,可以看到它是由无数小点组成的。如果这些小点非常小,这张图画就能表示出大量的细节,如果这些点很粗糙,那么这幅画的细节就表示不出来。对眼睛来说也是一样。如果感受器很小,在1平方毫米的面积内聚集着几万个,那么感受器在脑中形成影像的轮廓和细节都很分明;如果感受器很粗糙,特别是视杆,则将产生一个非常模糊的影像。

但是,这些粗糙的感受器有一个优点。感受器越大,它所包含的视紫红质越多,即使在暗淡的光线下也能比较灵敏地视物。我们发现,动物视网膜上的感受器,每平方毫米有10000~1000000个,这种性质的排列在视觉中是非常突出的。并且可以肯定,任何特殊的动物都已进化到这种阶段:其感受器的大小和类型能最好地适应于它的生活方式。

在某些鸟类和爬行动物眼中,光线在达到视杆和视锥以前,在通过视网膜各层的通道所遇到的一个特别好的滤波器是位于感光细胞顶端的小油滴。在青蛙视网膜中,这些油滴状物呈浅白色,而某些动物的小油滴有深的色素。因为照射到感光细胞上的光必须通过它,因此它就会滤掉一些短波的光。

鱼类眼睛里没有油滴状结构,但是,有些鱼的视锥细胞顶端有椭圆状的透明易初莲花球状物。它们最重要的特征是含有色素,所以也象其他动物的油滴一样能吸收短波光线,并和眼的其他部位一起,使达到网膜的光线恰到好处。

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