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为啥你能看得见?!

为啥你能看得见?!

正看着这行字的你,有没有思考过一个问题:为啥我们能看得见?



可能有朋友会简单粗暴地回答我:因为眼睛啊!


很好,那我们换一种问法:为啥眼睛能看见呢?


这时候问题开始有点意思了,虽然我们每一天我们都享受着来自眼耳口鼻手的五感馈赠,丰满地感知着这个世界,虽然生物课上老师一遍遍地唠叨过晶状体、视网膜、成像原则,但我们现在能想起来的可能也就仅限于这些名词。


眼睛,你此刻看这段文字所用的感觉器官,是人类感官中最重要的器官,大脑中有 80% 的知识,都是通过眼睛获取的,这背后的知识点,其实相当的博大精深。


在古希腊,一些人相信,我们的眼睛之所以能看见,是因为我们的眼睛能投射出光线,对的,人形手电,还是双头灯的。


为啥你能看得见?!


推翻这种荒谬说法的,是被称为「光学之父」的海桑,他认为是可视世界里的物体发射出光束,这些光束在眼睛中聚合并被辨认出来。


眼睛的物理设计,其实跟照相机非常类似。物体反射光线,角膜和晶状体将眼前的事物,很好地在眼睛后部,也就是视网膜上聚焦成像,在这里,光线被接受并且转化成信号,通过视神经传递到脑部。


为啥你能看得见?!


可以看到,视网膜是关键角色了,但真正的功臣,其实是视网膜上面分布着的上亿个感光细胞:视锥细胞和视杆细胞。


视锥细胞的功能是辨别色彩,当光线从不同物体反射到眼睛上,这些光线将给予视锥细胞不同程度的刺激,于是,视锥细胞也会根据这个输出不同的信号,大脑又将这些不同的信号编译为不同的颜色,谁谁代表黄色,谁谁代表红色,这才有了我们的颜色认知。


就这么短短一瞬间,你的眼睛已经联合你的大脑,告诉你这是灰色字体了。


人类的眼睛有红黄蓝三种视锥细胞,可以分辨出一万种深浅颜色,惊人的是,皮皮虾,对,就是前段时间的网红皮皮虾,它一共拥有十几种视锥细胞,拥有世界上最复杂的色彩视觉系统,可以直接看到波长非常短的紫外线,能捕捉到的色彩范围,只能用辽阔来形容了。


为啥你能看得见?!


视杆细胞负责的是周边视野和移动物体,在没有光线的晚上,我们看东西就主要依靠视杆细胞了。说到这里就不得不提,人眼的一个超大 bug ,猫、鹿、羊等等动物,都是具有夜视技术的,但是人类没有。


它们的眼睛都有一层名为反光膜的闪亮细胞,只要有一点微弱的光进入眼睛,这层细胞就会把光线反射回去,从而让感光细胞能够捕捉到光,看到物体。相较于人类,猫只需要 1/6 的光线就能够看见。


为啥你能看得见?!


这个 bug 的来源,其实就是因为光感受器的位置,我们的光感受器是在视网膜后面的,所以会有层层叠叠的细胞,阻碍光线到达光感受器,真正合适的安排,应该是把感受器放在视网膜前面。


到此为止,我们已经知道看见的过程,知道眼睛辨色和光线较低时看东西的大致原理,但这还不够,接下来我们聊聊为啥我们需要两只眼睛。


自然界中大多数动物都是有两只眼的,每只眼睛从不同的角度向大脑展示同一个物体,能够带来两种不同的视野,这个时候你可以尝试闭上你的左眼,接下来闭上你的右眼,感觉到两种视野之间的微妙差距没?正是这样,我们拥有了三维的视觉。


不但能够辨别距离,同时还能辨别深度,两只眼睛将自己获取的信息传达到大脑中一个叫外侧膝状体的地方,大脑整合之后开始处理这个立体信息,在面对运动中物体的时候,我们尤其需要这个功能,比如,接球。


为啥你能看得见?!


现在普遍认为,所有动物的眼睛都有共同的起源,起源于一个据信已经发展到大约 5.4 亿年前的原始眼,PAX6 基因被认为在眼睛的进化中起到了巨大的作用。


各种动物眼睛的进化,都要对适应自身的使用需求。


比如大多数哺乳动物辨色能力都比较差,这是因为我们经历过所谓的夜晚瓶颈,在恐龙傲视一切的时代,我们的祖先根本不敢在白天活动,只能在黎明或者黄昏等时候外出活动,而在这种光线较差的环境中,是不需要太好的辨色能力的。


为啥你能看得见?!

▲ 人眼(窄的可怜的)的可见光范围


再比如,蜻蜓的复眼。


所谓复眼,就是一只眼睛上有成千上万的小眼睛,每只都发育有自成一体的视觉系统,都能看见物体。


蜻蜓是复眼群体中的佼佼者,它一只眼睛最多有 2.8 万只左右的小眼睛,数量是一般昆虫的 10 倍。而且,蜻蜓眼睛还有非常明确的分工,整个眼睛的上半部分负责看远处的物体,下半部分负责看近处的物体,所以它在捕食时远近包揽,又快速又准确。


蜻蜓复眼的每一只小眼睛上都有一个六边形的角膜,它们边与边相连,排列整齐有序,像蜂巢一样。外界物体在每个角膜后面都可以形成一个独立而完整的图像。因此在蜻蜓前面放一个物体,可以通过小眼角膜看到许许多多的图像。


为啥你能看得见?!


这也是复眼照相机的灵感来源,它不仅一次就能拍出成百上千张相同的照片,还可以利用这些小眼睛从不同视角去扫描视野范围内的运动物体,完美捕获其运动轨迹,而且还是 360° 的全景视野哦~


最后聊聊青蛙奇特的运动眼,它们对静止物体的反应,非常非常迟钝。


但是它们对运动中的物体却非常敏感,能够准确无误地判断运动物体的位置、运动方向和速度,并且立刻选择最佳攻击时间和姿态。


为啥你能看得见?!


现在公路上大量运用的检测超速的电子眼,灵感就来源于青蛙眼,准确地识别位置、方向、速度。


对了,一个关于青蛙的八卦:青蛙的眼睛既不能像人类的眼睛那样轻微颤动,又没有特定的肌肉来调节突出的晶状体,实际上是近视眼,只有附近运动着的物体,才能在它的眼睛这个“屏幕”上留下影像。


所以朋友,测测高度近视的风险吗?冥冥之中,基因都有答案。


为啥你能看得见?!


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为啥你能看得见?!

为啥你能看得见?!

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