第一章 光的初見 ·視覺的演化 為何會出現(xiàn)眼睛？在我們思考這個問題之前，需要對“眼睛”這個詞下定義。動物擁有諸多不同的感光部位，這些部位并非全都是“眼睛”。眼睛具有接收、響應(yīng)和比較來自不同方向的光線以形成圖像的能力，即辨別視野中的線條、形狀等類似的特征。這有時被稱作“空間分辨率”或“空間細節(jié)定義”。典型的成像眼用一個或多個晶狀體將光聚焦到某個結(jié)構(gòu)上，譬如視網(wǎng)膜，該結(jié)構(gòu)以某種方式（通常是產(chǎn)生神經(jīng)信號）對光的能量做出響應(yīng)。成像眼比只探測是否有光的簡單傳感器，或更高級的比較或辨別光亮強度的傳感器要復(fù)雜得多。這些更簡單、更基本的感光器設(shè)計擁有各種名稱和形式，如眼點、感光點或感光斑。 那么何時出現(xiàn)了眼睛？浩瀚的史前時代被劃分為“宙”這種巨大的時間跨度。研究“隨時間改變的地球、巖石”的地質(zhì)學(xué)家，以及使用化石和其他證據(jù)來研究“古生物及其演變過程”的古生物學(xué)家會使用宙這個概念。 最初是冥古宙，開始于地球形成之初，距今約40 億～ 45.4 億年。在該時期，沒有我們所知的生命證據(jù)。接著是太古宙，距今25 億～ 40 億年。在此時期，有化石證據(jù)表明約35 億年前在水中出現(xiàn)了最早的生命形式——類似于如今細菌和藍藻（有時被稱為“藍綠藻”）的單細胞生物。它們沒有所謂的眼睛，但有些會對光做出響應(yīng)，即將光作為能量提供給自己的生命。這個過程被稱為光合作用。 接著是元古宙，距今5.41 億～ 25 億年。在該時期末，生命形式的多樣性逐漸形成，特別是動物。據(jù)定義，這些是多細胞動物，而不是單細胞動物。有化石證據(jù)表明在5.8 億年前存在簡單的動物。但巖石中的動物遺體并不完整，即便代表的是動物，也是軟體動物。更復(fù)雜的生物逐漸演化出來，這些生物可能類似于海綿動物、刺胞動物（水母、水螅和珊瑚）以及櫛水母（又名海醋栗）等物種，并可能是這些物種的祖先。觀察這些生物的現(xiàn)存特征可能會揭露出早期眼睛形態(tài)的蛛絲馬跡。 最后是顯生宙，距今5.41 億年至今。化石分布更廣，由此表明這時候出現(xiàn)了如今大部分常見物種的祖先。眼睛出現(xiàn)得很早，并自那之后一直在演化�？墒�，宙是非常長的時間跨度。為了更方便和準(zhǔn)確地劃定時間，宙被分為代，又進一步被分為紀(jì)。元古宙由古元古代、中元古代和新元古代組成。與眼睛和視覺作用緊密相關(guān)的時期是新元古代，距今5.41 億～ 10 億年。新元古代分三紀(jì)：拉伸紀(jì)、成冰紀(jì)和埃迪卡拉紀(jì)。 ·動物起源 在成冰紀(jì)“雪球地球”時期之后，是埃迪卡拉紀(jì)，距今5.41 億～ 6.35 億年。隨著冰川融化，地球溫度逐漸升高。動物生命開始蓬勃發(fā)展，但由于這些動物身體柔軟，留下的化石很少。該時期以南澳大利亞的埃迪卡拉山命名，1946 年在此發(fā)現(xiàn)了這類化石，并于1948 年在科學(xué)文獻中對其做了描述。從那以后，陸續(xù)在不同地點發(fā)現(xiàn)了該時期類似的化石，甚至是化石組合：加拿大紐芬蘭省阿瓦隆半島的誤導(dǎo)點（Mistaken Point）、非洲納米比亞的納馬（Nama）和俄羅斯的白海。該時期保存下來的生命形式被統(tǒng)稱為埃迪卡拉生物群。一些化石難以解釋，因為它們代表的生命體似乎與任何現(xiàn)存或早已滅絕的已知物種不存在明顯關(guān)聯(lián)。其他化石則可以理解為一些物種的潛在祖先，例如水母、珊瑚、�？�及其親戚等刺胞動物，以及櫛水母等另一組海洋無脊椎動物。 埃迪卡拉生物不大可能具有成像眼。它們可能具有光感受器，其細胞內(nèi)含有與光發(fā)生反應(yīng)和可以由光觸發(fā)發(fā)生反應(yīng)的物質(zhì)或分子，從而令生物體區(qū)分明與暗。這可能是有用的，例如，當(dāng)路過的生物在光感受器上投下陰影時，陰影檢測器可有效感測到附近的運動。對于以藍藻等生物類型為食的動物而言，由于這些細菌從光合作用中獲取能量，簡單的眼點便可將這些動物引至富有此類食物的亮處。但是，此種“設(shè)備”不足以將場景形成圖片并區(qū)分對象——例如，探測出是捕食者還是獵物。的確，在這些棲息地中可能沒有活躍的捕食者。生命進程可能緩慢且盲目，畢竟大多數(shù)埃迪卡拉生物是不能活動的。這里的運動包括偶爾改變位置以“挖掘”在海床上或洞穴里蠕動的微生物，而不是像下個時期寒武紀(jì)（見下文）那樣瞄準(zhǔn)和沖刺。 ·基礎(chǔ)而復(fù)雜的眼睛 通過研究具有簡單基礎(chǔ)光感受器的現(xiàn)存生命體，可以窺探在埃迪卡拉海域和淡水中演化出的古生物感光部位。刺胞動物，如普通水母或像海月水母（Aurelia）這樣的海月水母，擁有被稱為感覺棍的小型感官結(jié)構(gòu)，神經(jīng)束將感覺棍與這種動物的網(wǎng)狀神經(jīng)系統(tǒng)連接起來——這些生物沒有大腦或集中的神經(jīng)“中樞”。感覺棍位于動物主體（傘狀體）邊緣或邊緣上類似于切口的凹痕中。每根感覺棍都有一塊含有色素的細胞，這些細胞被稱為色素點單眼，同時還含有被稱為平衡石的重力感受“裝置”。水母通過利用這些裝置，可以感受光明或黑暗，以及哪個方向朝上。 在刺胞動物門中還有立方水母（又稱箱水母），因其外形幾乎呈箱狀或類似于方形的傘狀體而得名。其中一些物種以強大的刺聞名，其毒液可以麻痹甚至殺死人類。這些水母同樣擁有感測光的單眼感覺棍和感受重力的平衡石。但在其他物種中，每根感覺棍內(nèi)的兩個光探測器更為復(fù)雜，具有類似于相機的結(jié)構(gòu)，正如我們?nèi)祟惖难劬σ粯樱ㄒ姷? 章）。在這些眼睛中有：由透明細胞組成的覆蓋層——角膜；由透明材質(zhì)組成的圓形晶狀體，用于聚焦光線；具有可收縮孔的虹膜或薄層——瞳孔，用于控制入射光；由感光（光敏）細胞組成的感光層——視網(wǎng)膜；密集的神經(jīng)纖維，很可能用于處理由視網(wǎng)膜接收的信號；以及更多神經(jīng)纖維，與全身的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相連。在這兩只眼點中，下方較大的眼點主要朝下，而上方較小的眼點則主要朝上。通過使用這種由20 多個更簡單和更復(fù)雜的眼睛組成的視覺“設(shè)備”，箱水母會對變化的光線強度和附近的運動做出快速反應(yīng)。它們是最具活力的水母種類之一，在積極追趕小魚和蝦等獵物時，通過擠壓傘狀體有目標(biāo)地游動，以高達每秒2 米的速度前行。它們的視覺能力可能使其識別和追蹤潛在的獵物。 這些來自刺胞動物門的例子展現(xiàn)出關(guān)于眼睛與視覺的幾項特征。其中的一項特征是，在該群體內(nèi)，甚至在一種動物體內(nèi)，發(fā)現(xiàn)了幾種復(fù)雜程度不盡相同的眼睛。同樣引人注目的還有視覺、行為和生活方式之間的聯(lián)系。眼部結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性與精密性和由視覺指導(dǎo)或確定的行為有關(guān)，特別是追捕獵物或躲避捕食者的行為。與其他更加被動的漂移水母（如海月水母）相比，箱水母便體現(xiàn)出了這點。