脆海星(一种具有巴洛克风格的海星亲戚)细长弯曲的触手与其身体的其他部分有着令人惊讶的关系。
它的触手或多或少地独立运作,感知自身的环境,并自行决定如何对其做出反应。它们仅由动物核心中的神经环松散地协调。单个脆海星几乎就像五个共同连接的动物,它们对去哪里、吃什么以及制造小脆海星有着共同的兴趣。
然而,现在看来,至少有一种生物的生物学特性更加奇怪:Ophiocoma wendtii 的整个身体似乎都能够形成模糊但可用的图像,就像一只蠕动但又奇怪地可爱的索隆之眼。
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更奇怪的是。
这种全身视觉在夜间熄灭,此时动物对光的敏感性反而增加,其栗色身体变为米色。这种动物如何以及为何具有这些奇怪的特征是1月份发表在《Current Biology》上的一项研究的主题。
为了看到东西,生物学家需要空间视觉。仅仅检测到光是不够的;必须形成图像。几乎所有动物都能感知光。但只有少数能够看到东西。
传统上,谁能看到东西以及谁不能看到东西是很明显的,因为生物要么有眼睛,要么没有。然而,最近,无脊椎动物生物学家意识到,眼睛对于视觉来说可能是可选的。
2018年,科学家报告称,棘刺海胆 Diadema africanum显然能够在没有眼睛的情况下分辨图像——这种概念被称为“眼外视觉”。然而,他们不明白这是如何实现的。
然后,牛津大学自然历史博物馆的劳伦·萨姆纳-鲁尼领导的一支欧洲和美国科学家团队开始怀疑,尽管 O. wendtii 明显缺乏眼睛,但它也可能能够看到东西。
他们通过将脆海星放置在竞技场中央进行测试,竞技场周围的墙壁一侧有黑色条纹,以模拟庇护所。最终到达黑色条纹处的脆海星比偶然预期的要多。然而,经过黑暗适应的米色 O.wendtii 无论是在荧光灯还是日光照射下,都无法以超过偶然的速率找到这些黑色条纹,这似乎排除了光强度或昼夜节律作为解释。
这种行为组合特别令人困惑,因为近亲 O. pumila 拥有所有相同的光检测设备,但是当放置在相同的竞技场中时,这些动物最终在一天中的任何时间随机分布。它们是瞎的。
然而,该团队知道,两种脆海星的身体上都布满了称为 视蛋白 的光感受器。O. pumila 可能看不到东西,但它可以感知光;当暴露在光线下时,它会躲藏在沙子或缝隙中,就在它所在的位置。另一方面,O.wendtii 会迅速跑到最近的庇护所。唯一明显的区别是 O. pumila 永远不是红色的。红色对于视觉有什么影响呢?
为了能够形成图像,光感受器需要方向性。如果您无法分辨光线来自哪个方向,那么您就无法真正推断出特定位置的世界是什么样子。因此,视觉在光感之后的首要要求是某种筛选机制,以便任何给定的感受器都知道来自特定位置的光线以这种量到达。
一种筛选光线的方法是(duh)防晒霜。色素是天然的防晒霜,O. wendtii 白天被红色的色素包囊(称为色素细胞)覆盖。在晚上,色素细胞会收缩。当科学家扫描两种脆海星物种并测量每种动物的光传感器的视野时,他们发现部署的色素包囊通过物理阻挡光线来缩小视野。在 O. wendtii 中,当色素细胞闪耀时,角孔径从大约 118 度缩小到 68 度。
如果 O. wendtii 的光传感器具有方向性,那就解释了广泛分散在其整个身体上的阵列如何形成图像。它的整个身体确实是一只眼睛。但是形成的图像对我们来说可能非常奇怪。脆海星不是像海胆一样的球体。它是五个不规则的触手连接到一个协调的核心。人类甚至如何开始思考这样一个阵列形成的图像可能是什么样子?
科学家试图重建他们测量的分辨率推断出的珊瑚礁图像。在最佳情况下,会显示一个深灰色模糊条纹,背景为浅灰色。当然很粗糙,但对于有动力的脆海星来说,可能足以到达不被吃掉的最基本位置。
由于色素细胞阻挡光线,这也解释了为什么它们的一般光敏感性在夜间得到改善,这很方便,因为那时视觉可能无论如何都是不可能的。
有趣的是,拥有如此奇怪的世界感知系统的动物属于与脊椎动物最亲近的主要动物类群。关系更远的动物——强大的节肢动物(例如,昆虫和龙虾)和软体动物(例如,章鱼和鱿鱼),最重要的是——拥有眼睛。甚至一些海星也拥有真正的眼睛:挤进管足的复眼,或简单的 眼点(对于海星来说,好好观察的压力可能更大,因为它们是活跃的猎食者)。
在不仅一种而且是两种如此近亲(海胆和脆海星一样,都是棘皮动物)中发现这样一种替代视觉系统似乎令人惊讶且违反直觉。另一方面,一组具有辐射对称性和对被切成两半表现出明显漠不关心的动物是脊椎动物最亲近的主要亲属,这也是令人惊讶的,这一点已被多次指出。
在脊椎动物中,许多鱼类、两栖动物和爬行动物 有第三只眼,并且 至少有一种有第四只眼。鲽鱼 的眼睛会在身体周围移动。许多脊椎动物(包括哺乳动物)除了眼睛外,还拥有光感受器。如果脊椎动物由于某种原因采用了辐射对称性,我们是否会在我们自己的队伍中看到同样令人惊讶的视觉方式?