复眼,通常出现在昆虫等动物身上,是由数万个“小眼”组成的眼睛系统。在复眼中的每个小眼中,都有独立的角膜、色素细胞、视杆等结构,每个小眼形成一个像点,这些像点会拼合成一幅图像,进而使得昆虫能够观察到外部的世界。
蜻蜓的复眼那么复眼有什么优点呢?当光线很弱的时候,当直射的光线到达某些小眼的视杆时,还会折射进入其他小眼,使得一大片的小眼都能感受到光线,进而使得昆虫的整个复眼能够在光线微弱时也能成像。
同时,复眼还能够让昆虫更有效地计算出自身与观察物体的方位和距离,从而可以让昆虫能够更快速地做出反应,或进攻,或闪避——这就是为什么不管你从哪个方向入手,都很难拍到苍蝇的主要原因。复眼是某些动物的生存利器。
三叶虫化石最近一个国际研究团队发现三叶虫的化石身上有着比昆虫的复眼更强的眼睛系统——超眼。这种生存在3.9亿年前的泥盆纪的远古动物的眼睛系统是独一无二的:大量的状体分别覆盖在多只的六边形复眼,形成一只复眼本身。现代的昆虫的复眼中有几万只小眼,而三叶虫的一只眼睛中,却包含了多只复眼!
来自德国科隆大学的动物生物学研究所的动物学家布里吉特·肖尼曼(BrigitteSchoenemann)博士领导的研究人员,除了超面部的眼睛外,还发现了一个结构,他们认为这是一个直接从这个特殊的眼睛处理信息的局部神经网络。在现代动物中,光信息是在大脑中被处理的,但三叶虫的眼睛能直接处理光信息,再把这些处理好的信息通过一条视神经直接传送到大脑中。
三叶虫是节肢动物,曾经生活在海洋中,大约在2.51亿年前灭绝。这一发现是在肖尼曼和她的同事检查生物学家威廉·斯托默(WilhelmStürmer)在20世纪70年代拍摄的X射线图像时发现的。斯托默曾经相信三叶虫眼睛下的细丝是神经,或者说是一个导光系统。肖尼曼还发现斯托默在图像上标记了六个亚面。当时的科学家并不相信他的解释,然而现在,对图像的重新检查和现代计算机断层扫描的验证成功地证实了他的猜测。
在三叶虫Phacopinae亚目中,复眼的外部可见晶状体要大得多,直径可达1毫米甚至更大。此外,它们相距较远。直到现在,科学家们还无法解释这一点,因为空间被浪费在可以捕捉光线的地方。
肖尼曼博士对斯托默40年的X光档案的分析提出了一种不同的解释:超复眼。每只眼睛由大约个1毫米大小的透镜组成。在每一个透镜下面,有至少6个小面,这些小面又一起构成了一个小复眼。“因此,我们在一只眼睛中发现有大约只复眼(每个透镜下面各一只)。这些小面布置在一个环或两个环中。下面是一个泡沫状的腔体,可能是一个处理信号的小型神经网络。”斯托默发现的细丝实际上是从眼睛到三叶虫大脑的神经。
斯托默是西门子X光部门的负责人,也是一位热心的古生物学家。他还发现了三叶虫眼睛下的细丝结构,他认为这些结构是软组织的化石,尤其是视神经。肖尼曼解释说:“当时的生物学家们的共识是,化石中只能看到骨骼和牙齿,即生物的坚硬部分,而不能看到肠或神经等柔软部分。”
在斯托默去世后,他的继承人将他的档案交给了科隆大学的生物学家。人们发现,这位古生物学家不仅正确识别了视神经,肖尼曼还指出:“在X射线底片上,有一个红色钢笔箭头指向主透镜下六个下切面的结构。这可能表明斯托默已经识别出了超复眼。”然而,当时,科学家们认为神经并没有石化,自然光学系统中也不存在光导。
肖尼曼认为,三叶虫的“超眼”可能是进化过程中对弱光条件下生活的一种适应。基于其高度复杂的视觉器官,它可能比其他动物的眼睛对光线更加敏感。这位生物学家说:“也有可能是眼睛的各个组成部分发挥了不同的功能,例如增强对比度或感知不同的颜色。”
到目前为止,这种眼睛只在三叶虫亚目Phacopinae中发现。“这在动物界是独一无二的,”肖尼曼博士总结道。在进化过程中,这种眼睛系统并没有延续下去,因为Phacopinae目的三叶虫在几亿年前的泥盆纪末期就灭绝了。
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