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↑看,這就是5億多年前我們遠(yuǎn)古祖先的樣子,它們有四只眼睛,其中兩只大的,長(zhǎng)在頭部?jī)蓚?cè),跟今天絕大多數(shù)脊椎動(dòng)物的眼睛位置差不多,兩只小的,則長(zhǎng)在腦袋頂部正中間,緊挨著排列。
實(shí)際上,這是一張來(lái)自云南大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院和古生物研究院的古生物復(fù)原圖,圖中的生物被稱為昆明魚類(myllokunmingids),生活在寒武紀(jì)時(shí)期,其體長(zhǎng)大約只有2.8厘米左右。
根據(jù)介紹,昆明魚類的化石發(fā)現(xiàn)于我國(guó)云南的澄江生物群,在此次研究中,科學(xué)家對(duì)兩種昆明魚類的化石標(biāo)本進(jìn)行了深入研究,其中的一種是海口魚(Haikouichthys ercaicunensis),另一種尚未命名。
在這些化石的頭部區(qū)域,科學(xué)家注意到一個(gè)奇怪的細(xì)節(jié),那就是在它們兩只明顯的大眼睛之間,還有兩個(gè)不起眼的黑色小斑點(diǎn)。
按照之前的觀點(diǎn)來(lái)看,這兩個(gè)斑點(diǎn)會(huì)被認(rèn)為是鼻囊(也就是鼻子的前身),通常不會(huì)有人在意。
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但這一次,科學(xué)家利用高倍顯微鏡仔細(xì)觀察這兩個(gè)斑點(diǎn)的微觀結(jié)構(gòu),然后又用了一種被稱為“飛行時(shí)間二次離子質(zhì)譜”(ToF-SIMS)的分析技術(shù),去檢測(cè)這些結(jié)構(gòu)里殘留的化學(xué)成分,結(jié)果發(fā)現(xiàn),這兩個(gè)斑點(diǎn)中存在著黑色素小體。
更關(guān)鍵的是,科學(xué)家發(fā)現(xiàn)這兩個(gè)居中斑點(diǎn)里的黑色素小體,在形態(tài)和大小上跟兩側(cè)大眼睛里的黑色素小體幾乎一模一樣。
簡(jiǎn)單來(lái)講,在眼睛里,黑色素小體扮演著一個(gè)至關(guān)重要的角色,它們密密麻麻地堆積在視網(wǎng)膜色素上皮層,就像相機(jī)暗盒的黑色內(nèi)壁一樣,把多余的散射光吸收掉,讓成像更清晰。
除此之外,科學(xué)家還在這些斑點(diǎn)里發(fā)現(xiàn)了一種卵圓形的、規(guī)則排列的結(jié)構(gòu),這種結(jié)構(gòu)隨后被確認(rèn)為是晶狀體,因?yàn)橥瑯拥穆褕A形結(jié)構(gòu),在兩側(cè)的大眼睛里也有,而大眼睛能成像是早已確認(rèn)的事實(shí)。
科學(xué)家表示,這就意味著,它們的四只眼睛都有視網(wǎng)膜色素上皮,都有晶狀體,屬于典型的“相機(jī)型眼”。
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(↑兩種昆明魚類的相機(jī)型眼、黑素體形態(tài)以及超顯微結(jié)構(gòu))
這里稍微展開一下這個(gè)術(shù)語(yǔ),因?yàn)樗谏飳W(xué)里有非常具體的含義,跟我們?nèi)粘Uf(shuō)的"長(zhǎng)眼睛"是不一樣的概念。
動(dòng)物界的眼睛結(jié)構(gòu)差異極大,最簡(jiǎn)單的只是一片感光細(xì)胞,能感知光線的明暗,但完全沒(méi)有方向感,更談不上成像,比如說(shuō)扁形蟲的眼點(diǎn)大概是這個(gè)水平。
稍微復(fù)雜一點(diǎn)的是凹陷型眼,感光細(xì)胞排列在一個(gè)碗狀的凹陷里,能大致判斷光線的方向。
再?gòu)?fù)雜的是針孔型眼,凹陷越來(lái)越深,開口越來(lái)越小,光線通過(guò)小孔投射到凹陷底部,理論上可以成像,但因?yàn)檫M(jìn)光量極少,圖像很暗,比如說(shuō)鸚鵡螺就是這種眼睛。
而相機(jī)型眼則是進(jìn)化出晶狀體之后的產(chǎn)物,其開口可以很大(進(jìn)光充足),但光線經(jīng)過(guò)晶狀體折射后依然能匯聚成清晰的圖像。
脊椎動(dòng)物、頭足類動(dòng)物(比如章魚、烏賊)都有相機(jī)型眼,這是兩個(gè)系統(tǒng)完全獨(dú)立進(jìn)化出來(lái)的結(jié)果,是生物進(jìn)化史上著名的"趨同進(jìn)化"案例。
在已知的生物中,相機(jī)型眼的成像質(zhì)量可以說(shuō)是頂級(jí)的,它需要非常復(fù)雜的神經(jīng)系統(tǒng)來(lái)配合處理圖像信息的。
所以說(shuō)寒武紀(jì)時(shí)期的昆明魚類擁有四只相機(jī)型眼,意味著這種小魚在視覺上的“投資”相當(dāng)奢侈,科學(xué)家推測(cè),這是因?yàn)楫?dāng)時(shí)的環(huán)境或許讓它們別無(wú)選擇。
在大約5億4千萬(wàn)年前,生命突然爆發(fā)式地演化出各種復(fù)雜的身體結(jié)構(gòu),這個(gè)階段就是大名鼎鼎的"寒武紀(jì)生命大爆發(fā)"。
在相對(duì)很短的地質(zhì)時(shí)間里,眼睛、外骨骼、爪子、頜骨等等捕食和防御器官紛紛出現(xiàn),整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)從一個(gè)相對(duì)平靜的狀態(tài)急速變成了一場(chǎng)殘酷的生存競(jìng)賽。
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而在這場(chǎng)競(jìng)賽之中,昆明魚類處于非常不利的位置,它們沒(méi)有頜骨,沒(méi)有甲殼,身體柔軟,游泳速度也不快。與此同時(shí),海洋里已經(jīng)出現(xiàn)了像放射齒目動(dòng)物(radiodonts)這樣的頂級(jí)捕食者(比如奇蝦),可以長(zhǎng)到將近一米,長(zhǎng)著一對(duì)復(fù)眼,前端有一對(duì)帶刺的抓握肢,專門獵捕軟體獵物。
在這種環(huán)境下,能第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)捕食者,就能更好地活下去,視覺系統(tǒng)的優(yōu)劣直接關(guān)乎生死。
從這個(gè)角度想,四只眼睛的配置就不難理解了。兩側(cè)的大眼睛負(fù)責(zé)左右方向的視野,頂部的兩只小眼睛朝向正上方,而捕食者經(jīng)常從上方俯沖下來(lái),四只眼睛組合在一起,就提供了更大的視野覆蓋角,從而更具備生存優(yōu)勢(shì)。
之所以說(shuō)這種昆明魚類與我們的遠(yuǎn)古祖先密切相關(guān),是因?yàn)樗鼘儆谀壳耙阎钤绲囊慌棺祫?dòng)物,而我們?nèi)祟愓羌棺祫?dòng)物的一員。
從演化關(guān)系上看,它們處在我們這一類動(dòng)物進(jìn)化樹的“根部位置”,已經(jīng)具備了頭部、神經(jīng)系統(tǒng)和眼睛等關(guān)鍵結(jié)構(gòu),這些結(jié)構(gòu)后來(lái)被一代代保留下來(lái)并不斷演化,最終出現(xiàn)在包括人類在內(nèi)的所有脊椎動(dòng)物身上。
所以它們和我們共享同一條進(jìn)化主干,代表了我們的遠(yuǎn)古祖先在五億多年前的樣子。那么問(wèn)題就來(lái)了,眾所周知的是,我們現(xiàn)在的眼睛只有兩只,那另外兩只眼睛哪里去了呢?我們接著看。
簡(jiǎn)單來(lái)講,那兩只原本長(zhǎng)在頭頂?shù)男⊙劬Γ](méi)有一下子消失,而是經(jīng)歷了一條很“緩慢但連續(xù)”的變化路徑。
最初的時(shí)候,它們和左右兩側(cè)的眼睛一樣,是完整的成像器官,能夠真正看到東西。
但隨著環(huán)境和生活方式的改變,這對(duì)頂眼的作用開始變?nèi)酰热鐒?dòng)物活動(dòng)的深度變化、光線條件變化,或者側(cè)面的兩只大眼睛已經(jīng)足夠完成警戒任務(wù),那么再維持一套完整的成像系統(tǒng)就顯得有點(diǎn)“得不償失”了,畢竟眼睛是非常耗能的器官,不僅結(jié)構(gòu)復(fù)雜,還需要大量神經(jīng)資源去處理信息。
在這種情況下,自然選擇不會(huì)強(qiáng)行保留一個(gè)“用處不大但成本很高”的結(jié)構(gòu),于是這對(duì)頂眼開始退化。
最先丟失的,是精細(xì)成像的能力,晶狀體的作用減弱甚至消失,原本用來(lái)形成清晰圖像的結(jié)構(gòu)逐漸簡(jiǎn)化,只保留下對(duì)光線明暗的基本感知能力。
值得一提的是,這個(gè)階段在一些現(xiàn)存動(dòng)物身上還能看到,比如某些魚類和爬行動(dòng)物頭頂?shù)摹绊斞邸保鼈円呀?jīng)看不清具體形狀,但還能感受到白天黑夜的變化。
再往后,這種感光結(jié)構(gòu)進(jìn)一步內(nèi)移,慢慢縮進(jìn)頭骨內(nèi)部,不再直接接觸外界光線,而是通過(guò)神經(jīng)系統(tǒng)間接獲取光照信息,與此同時(shí),它的功能也在發(fā)生轉(zhuǎn)變,從“感知環(huán)境中的物體”轉(zhuǎn)向“感知時(shí)間的節(jié)律”。
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最終,在我們這個(gè)支系中,這兩只眼睛完全失去了直接感光的能力,變成了我們大腦深處的松果體與副松果體,它們共同構(gòu)成了松果體復(fù)合體,其主要功能是分泌褪黑素,參與調(diào)節(jié)晝夜節(jié)律(也就是我們常說(shuō)的生物鐘)。
參考資料:Lei, X., Zhang, S., Cong, P. et al. (2026). Four camera-type eyes in the earliest vertebrates from the Cambrian Period. Nature, 650. https://doi.org/10.1038/s41586-025-09966-0
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