SENSE隨筆160111第一隻眼的誕生

SENSE隨筆160111

第一隻眼的誕生

礎執筆

 

「她的眼光,她的眼光,好似好似星星發光, 睇見,睇見,睇見,睇見,心慌慌」。眼光除了可令人心慌外, 也有可能引發生物界的劇烈競爭, 造成演化史上的物種爆發。

〈寒武紀大爆發〉

「寒武紀(一個地質年代)大爆發」指 5億4千300萬年前, 動物界在瞬間(以地質角度考量)首次形成主要的硬質構造, 並出現各色各樣外形的一個事件。****  至今學界對其成因尚未有一致的看法。

 

演化可分「微觀演化」(個別物種長時間的逐步演化)和「宏觀演化」(物種總集短暫但豐富的爆發性演化)。寒武紀大爆發屬於宏觀演化。

在大爆發稍後的區區500萬年, 地球上動物界已備足跟現今相同的38個「門」。可以說整個動物界就在大爆發的一瞬間定型, 且其形態維持至今不變。 ***

 

目前的生物分類法可去到9個層級, 即: –門–亞門–綱–目–亞目–科–屬–種

舉例:「粗糙鼠婦」便是歸類為 動物界、節肢動物門、甲殼亞門、軟甲綱、等足目、潮蟲亞目、鼠婦科、鼠婦屬、粗糙鼠婦種。

留意各動物門的界定是以體內組織為基礎, 即依據的是解剖結構而非外形。寒武紀大爆發指的是只影響物種外部構造的一個事件, 即「門」之後層級的演化事件。***

 

要研究古生物的演化進程, 「化石」是最主要的途徑。化石的形成過程大概如下:生物的屍體被微生物分解之前, 就已被埋在某種物質之中, 並且底質的礦物質取代了生物體內的有機物質。由於置換物質的類型不同於底質礦物質, 於是形成一種可辨認的印記。***

此外, 還有「生痕化石」(由古代動物遺留下來的痕跡, 例如腳印), 和 琥珀均是研究古生物的主要途徑。(筆按: 難以想像古物學家如何利用化石便能將生物分類, 已成化石仍能判別其內外結構?)

 

〈目光如炬〉

據現時的科學知識, 光是電磁波的一種, 人類肉眼可見的某頻率的電磁波稱為「光」。當光線照射在不同物質上面時, 部份頻率的電磁波會被吸收, 沒被吸收的則會反射回來, 這種反射回來的電磁波以肉眼觀察, 便形成「顏色」。

 

在生物身上, 要體現顏色主要有兩大形式— 色素和結構色:

  1. 色素即利用不同的化學物質, 吸收並反射不同頻率的電磁波從而形成顏色。
  2. 結構色可再細分兩大類:

一類是利用「薄膜」之中不同物質的折射能力, 再加上光的 干涉interference特性, 從而形成顏色。(通常表現出來的為 彩虹色。)

另一類則是以細微結構, 形成「光柵」, 從而引發光的繞射diffraction和干涉, 然後形成顏色。(筆按:薄膜和光柵原理的詳情, 請參閱專業的光學書籍, 或請教許博士。)

 

對生物來說,顏色需要一個能偵察光的器官才具有意義,而生物要長有「眼睛」才能觀察到光。 最原始的時候, 生物尚未具備眼睛, 在偶然機會下, 受到光的刺激而誕生了「感光細胞」, 這是眼的根源。久經演化之後, 形成了 針孔眼、鏡眼、相機眼這類「單眼」的結構, 以及 並置眼、疊置眼一類的「複眼」結構。各種不同設計的眼睛, 無論是否具備 水晶體(晶狀體 Lens), 均有把光聚焦到 視網膜的功能,差別只在於效能。

 

食物鏈上處在不同位置的生物會有不同的視野需求。

作為食物鏈下層的獵物, 最重要的是避免被吃掉, 所以更廣闊的視野會比較重要, 影像未必需要太清晰, 只要能辨認出危險便可, 所以眼睛一般會長於頭的兩側。***

而作為食物鏈上層的捕獵者, 則不太在意較狹窄的環境範圍, 能夠精確定位目標,並能判斷與獵物的距離才是重點, 所以眼睛一般會長在頭部的前方。因此, 憑生物眼睛的生長位置, 其實已能得悉它的生存定位: “吃”還是 “被吃”。

 

以視力作為偵察獵物和逃避危險有以下優點:

A在地球, 光始終存在, 無法忽略, 生物並不需要花費額外的能量來製造所需的要訊號, 只需配備能測量光線的眼睛便可。(相比之下,蝙蝠需要額外發出聲波.)

B光速是最快的, 能提供最迅速的訊息回饋, 只要有光, 就能馬上作出判斷。

C被光照射而產生的影像可傳送至很遠的距離。e.g.獵鷹在高空已可看見地上的兔子。

 

〈萬變不離光〉

有了視力之後, 無論是獵物還是捕獵者均更具備偵測對手的能力, 於是生物之間的演化競爭變得更加激烈。*** 由於雙方一早便能偵測到對方的存在, 所以各種追逐、逃生、防禦等演化策略應運而生。例如生物會發展出各種有利提高速度的肢體, 堅硬的防禦外殼, 甚至是針對視力的外形、顏色偽裝。

 

又因為競爭更為激烈, 刺激了生物的多樣性。有關的證據可從現存的生物棲境中找到。

只要還是有光的時候, 就算只有月光的晚上, 夜行生物依然是多樣的, 而且仍然會著重視力的發展, e.g.貓頭鷹有一雙特別巨大的眼睛。就算是深海, 雖然剩下的只有藍光, 大眼睛仍是不少生物的選擇, 而紅色則是深海生物的保護色(只有藍光的環境, 紅色的物體會把光線全部吸收, 不會反映出任何顏色)。不過隨著深度不斷增加, 光線進一步的減少, 生物的種類則變得越來越少。

在全黑的環境, 洞穴、海底洞穴、地底, 光線不再存在, 就算是原本長有眼睛的生物, 也會「退化」 至沒有眼睛, 以節省資源。在全黑的環境, 生物之間較難探測到對方的存在, 生物之間能否相遇, 靠的很多時只是運氣。 由於吃與被吃的競爭大大減低, 演化策略變為以節省資源為準, 生物的種類亦變得相當有限。

 

自地球誕生以來, 光就一直存在。化石證據顯示「三葉蟲」是地球上第一隻長有眼睛的生物。「光開關理論」 從化石證據和現存的生物種類出發, 按邏輯推理, 指出動物長有眼睛以後, 在「趨同演化」(不同的生物, 以類似的基本建構原料, 獨立演化成相同功能的類似器官.)之下, 物種競爭變得激烈, 因而引致「寒武紀大爆發」。*****

 

寒武紀大爆發這種億年之前的事件, 要知道出現的成因並不是易事, 無論學者提出如有力的推論, 也不能百分百肯定事情的真相。不過說到底, 對一般大眾來說, 真相如何並不重要,重要的是這種求知精神如何刺激人類去思考, 正如光刺激生物去演化。

 

 

參考書目: 《第一隻眼的誕生 In the Blink of an Eye》 (2010) Andrew Parker