有着活体城堡之称的石鳖 眼睛居然是石头做的(组图)

新发现sciencevie 0

有种惊人的软体动物能通过甲壳上数以百计的眼睛发现天敌,而这些独特的眼睛居然是……石头的!

对战场上的士兵而言,躲进坦克自然不会被飞舞的子弹伤到,但就很难看清战况。保护自己,观察敌情,二者往往不可兼得。可谁能想到,产自加勒比地区、体型比薯片大不了多少的多疣花棘石鳖(Acanthopleura granulata)竟实现了两者兼顾。它可以说是座活体地堡。





和蜗牛一样拥有一个腹足,它那柔软的身体外覆盖着坚固的矿化外壳。这层外壳由八块碳酸钙壳板连接而成,令它的身体可以紧密附着在各种形状的礁石表面,不管潮涨潮落,笃悠悠地享受藻类大餐。

石头的晶状体

然而与众不同的是,石鳖这身铠甲表面散布着成百上千只直径勉强与头发丝相当的小眼睛。每只眼睛都有一片透光的“晶状体”,其主要成分居然是坚硬的文石,与石鳖外壳的构成成分一样。这简直疯狂:其他动物都透过一层透明蛋白质看世界,多疣花棘石鳖却是透过石头看天下!



这个独一无二的现象多年来令生物学家困惑不已:石头真能取代晶状体?直到一个美国研究小组决定放手一试——实践出真知嘛!他们取下石鳖眼睛上的“晶状体”,发现后者大致呈球形,能够将外界光线折射到视网膜,随后视网膜上密布的感光细胞会把光线转译成大脑可解读的信号。玩兴大发的研究人员把这一晶体罩在显微镜镜头上观察鱼类图片。



这些灰色圆珠就是石鳖的眼睛(小图为显微镜下的画面),它们散布在整个外壳上。和外壳一样,这些眼睛也是由坚固矿物质构成的;唯一的区别是,眼睛是透明的,照片中我们能看到它们的反光。据他们2015年11月发表的结论,实验相当成功:文石晶体并不阻碍光线射入眼球,可将周围环境的一帧微小影像投向感光细胞。正是借助其成百上千的小眼珠,石鳖得以360°无死角地观察环境,在大祸临头前准确判断危险的临近,比如饥肠辘辘的海鸥或是鱼。



光线遇到周边物体(这里以一条鱼为例)反射,其中一部分经石鳖眼睛最外部起保护作用的角膜,穿入一个偏椭圆的球形“晶状体”——其组分是一种名为文石的晶体,而人类的晶状体是由透明的蛋白质构成的。这一预警能力对石鳖来说必不可少。由于行动过于迟缓,在威胁面前它唯一的求生之道就是依靠那条可怜巴巴的腹足如吸盘般紧紧攀住岩石,死不放松。而敏锐的小眼睛给它留出了宝贵的行动提前量。



构成石鳖眼睛“晶状体”的碳酸钙与图中文石的组分别无二致。天敌来了?哈哈!不好意思,你扒不动我!由于自身外甲足够坚固,石鳖只需老老实实猫着不动即可,不管是锋利的牙齿还是尖利的鸟嘴都不怕。这样说来,谁也奈何不了它了吗?然而石鳖有个致命弱点:它的视野范围只有2米!研究人员认为,这是眼睛的大小决定的。由于眼睛太小,石鳖视网膜上的感光细胞数量相对较少;而感光细胞越少,分辨率越差,得到的图像就越像马赛克。

非同寻常的近视

我们来做个比较:人每个眼球里的感光细胞数量近1.3亿,而多疣花棘石鳖至多不超180。如此大的差距导致人眼具备在2米外分辨间距0.6毫米的两点的能力,而同样的距离,石鳖只能分清间隔至少20厘米的两个点!



石头做的眼睛那大自然为什么没有赋予它更大、具有更多感光细胞、看得更清晰的眼睛呢?研究人员猜测很可能是为了保证它的盔甲坚不可摧。实际上,为了尽可能避免外物撞击,石鳖的眼睛都嵌在甲壳的沟槽里;而这些横沟若过于宽大,甲壳就会变成筛子。不能牺牲背甲的坚固性,那就只好将就着一堆寒酸的小眼睛过日子啦。因此,它的视力只在一个很狭小的警戒范围内起作用,只确保它在发现捕食者闯入该范围后有足够的时间抓牢岩石。

军用盔甲借鉴对象

最后,对多疣花棘石鳖来说,眼睛多还是一大优势:反正多着呢,损失几十个也不要紧。



像面包上的芝麻粒一样,布满石鳖外壳的小黑点(见红色箭头所指)就是这种软体动物的眼睛。总之,这套铠甲使它在观察和自卫的需求之间达到了完美平衡。这恰恰是令美国军方感兴趣的内容。他们之所以为该项研究提供了部分经费,是因为他们有很多疑问:视觉神经如何在甲壳中排布,又是如何与神经中枢相连的?对这些被视为国防机密的内容,研究人员不便过多透露。但长远来说,他们非常希望能够一一解答这些问题,以制造出布满传感器,可向穿着者实时报告防护状态的智能护甲,甚或将视觉系统和光纤直接嵌入机器人的表皮。对多疣花棘石鳖的研究再一次证明,大自然在漫长的演化中充满了奇妙的想象力和创造力,是工程师取之不尽的灵感源泉。 阅读原文

文章来源: 留园 查看原文
https://www.6parknews.com/newspark/view.php?app=news&act=view&nid=376600
分享文章:
还没有评论
登录后发表评论
返回 到顶部