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为什么动物的瞳孔有不同形状?

时间:2015-08-25 11:16来源:果壳网 作者:IvyP 阅读:

你可曾注意过,猫的瞳孔在收缩时呈竖条状,而羊的瞳孔却是横条状,这究竟是为什么呢?一项最新研究发现,陆生动物的瞳孔形状与其生态位(ecological niche)之间有着惊人的相关性——长着竖瞳的动物很可能是伏击的捕食者,而有着横瞳的动物则很可能是被捕食者。不同形状的瞳孔带给动物不同的视野,对它们的生存起到了重要作用[1]

不同动物瞳孔的形状。图片来源:npr.org

对于长条形瞳孔的功能,科学家们在过去曾提出过一些观点。有人认为,由于长条形瞳孔放大与收缩时的透光面积变化幅度极大,因此这种瞳孔能让昼夜活动的动物更好地调节光线。另外,长条状的瞳孔能够增加横向或纵向轮廓的清晰成像距离。还有人推测,在拥有多焦点眼睛的动物中,长条形瞳孔在收缩时能够更好地维持图像质量。然而,上述所有推测都无法解释为什么有的动物长着横瞳,而有的却长着竖瞳。

为了分析瞳孔形状与陆生动物习性之间的关系,研究人员对214种来自不同科的陆生动物进行了分析。他们将这些动物的生态位(捕食者与被捕食者)、一天中活动的时间(昼行、夜行、昼夜活动)以及瞳孔形状(圆形、近圆、竖条、横条)进行了对比,结果发现瞳孔形状与它们的生态位之间有着明显的联系。比如,作为被捕食者的食草动物(比如斑马)大都长着横瞳,而大多数昼行的主动捕食(比如猎豹)者则有着圆形瞳孔,而夜行和昼夜活动的伏击捕食者(比如斑猫),则通常有着竖

陆生动物瞳孔形状与生态位之间的联系。图片来源:研究论文。

那么,不同形状的瞳孔有什么特殊之处呢?通过对竖瞳和横瞳的光学特性进行分析,研究者发现,首先对于竖瞳来说,物体在纵向上的景深(编者注:指焦点前后相对清晰的成像范围。在景深之内的影像比较清楚,在这个范围之前或是之后的影像则比较模糊)比横向更大——这意味着对于处在焦点前后的物体,纵向上要比横向上看得更加清晰。因此,竖瞳能对眼睛的立体视觉进行辅助,便于动物估计物体在纵向上的距离;同时,动物可以通过离焦模糊的程度,来估计物体在横向上与自己的距离。竖瞳在伏击捕食者中更为常见,这种形状的瞳孔能够让它们在不惊动猎物的情况下,更准确地估计猎物到自己的距离。

竖瞳眼中不同离焦程度下的图像。距离相同时,横向物体比纵向物体看起来更模糊。图片来源:研究论文。

家猫的竖瞳。图片来源:fanpop.com

而横瞳则主要存在于被捕食动物中。这些动物的眼睛大多长在头部两侧,非常宽的单眼视野可以帮助它们尽量减少视觉盲区。与竖瞳相反,横瞳会增加物体在横向上的景深,同时让前方和后方的地面成像更清晰。对于被捕食的动物来说,横瞳既能帮助它们拥有清晰的横向全景视觉,以探测来自不同方向的捕食者,同时又能让它们在眼睛长在两侧的情况下,也能看清前方地面的情况,在遭遇捕食者追赶时,能够看准地形快速逃跑。

山羊的横瞳。图片来源:Grantland Kilgore

此外,横瞳的食草动物不论头的位置如何,其瞳孔都能保持与地面平行(下图)——也就是说,它们即使在低头吃草,也能看清从地平线靠近的捕食者。

第一排的左图为马低头吃草时瞳孔的位置,中间为马抬头时瞳孔的位置,两种姿势下,马的瞳孔都是与地面平行的。食草动物可以通过转动眼球来使瞳孔始终与地面平行。当将左图中马头的角度旋转到和中图一致时(右图),可以看出低头时马的眼球发生了转动。图片来源:研究论文

瞳孔形状与生态位之间的联系是演化和自然选择的良好体现,不过也有一些例外,比如食草但却有着竖瞳的南美洲栗鼠(龙猫),以及食肉但长着横瞳的狐獴。此外,自然界中仍在存在其它类型的瞳孔,比如壁虎瞳孔收缩时会形成四个小孔,乌贼的瞳孔收缩时呈波浪状……对这些不同形状瞳孔的研究,将会是一个有趣的挑战。(编辑:球藻怪)

食肉但长着横瞳的笔尾獴。图片来源:dailykos.com

PS:下图这种形状的瞳孔,又能透露出什么信息呢?

参考文献:

  1. "Why do animal eyes have pupils of different shapes?," by M.S. Banks; W.W. Sprague at University of California, Berkeley in Berkeley, CA; J. Schmoll; J.A.Q. Parnell; G.D. Love at Durham University in Durham, UK.

文章题图:nautil.us

(责任编辑:泉水)
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