眼睛是人類演化的遺跡

YUNG CHUN
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*眼睛具有調節焦距的能力,調節容纳不同量的光線,校正球面的像差和色彩的色差的完美設計,我坦白地承認,假定眼睛是透過自然選擇而演化形成的假說,好像是極其荒谬的。

—-*物種起源第六章:極其完美和複雜的器官 (Charles Robert Darwin)

眼睛是靈魂之窗,人類的所有知覺有七成來自於視覺。眼睛的演化一直是演化論中的重要爭議。

眼睛是演化還是造物者設計

神導論者認為眼睛這麼複雜這麼完美,只有可能出自造物者的設計,不可能是演化來的;演化論者則認為,其實眼睛並不完美:眼睛有視覺盲點、光線要穿過整個眼球才會到感光細胞。視網膜跟眼球很容易就剝離了。

PAX6 基因

動物的眼睛有著高度的共性但同時又具備多樣性,這種特性來我們發現來自一個名為「PAX6」的古老的基因,這個基因在神經系統和眼睛發育起著關鍵作用,令人感到驚奇的是哺乳動物的PAX6的基因,也可以在昆蟲上面發現類似功能的基因。

By Washington NL, Haendel MA, Mungall CJ, Ashburner M, Westerfield M, Lewis SE. – Figure 1 of Washington et al.: “Linking Human Diseases to Animal Models Using Ontology-Based Phenotype Annotation.” PLoS Biol 7(11): e1000247. doi:10.1371/journal.pbio.1000247 (PDF), CC BY 2.5, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=8626896

可以從這張圖片發現 PAX6 會使得多種物種的眼睛形態和功能發生相似的表型改變。

所以1995年瑞士Walter Gehring發現了一個決定果蠅複眼發育的主控基因,並推論眼睛發育最上游的調控機制可能在演化上只產生過一次,也就是說各類視覺器官都有可能源自同一祖先。這觀點出來,可讓造物論者與演化論者還有生物學家討論的不亦樂乎,各說各話。

視覺演化的三個頂峰

動物目前演化出來許許多多的精緻複雜的眼睛,目前視覺演化的三大頂峰為脊索動物的脊索亞門、節肢動物的昆蟲綱、軟體動物門的八腕目。

人類眼睛有著不完美的進化

脊索亞門的眼睛在很久以前如前文所述,發生了演化,整個眼睛倒了過來,外界的光線要進來眼睛要經過重重的結構與血管到神經纖維層,然後最後才抵達達感光細胞的色素部分。之後視覺訊號要在逆向反傳回到神經纖維層再傳向大腦皮質區,所以脊索亞門的眼睛由於這種逆向反傳的方式,會有盲點

Squid eye 魷魚的眼睛

By wildxplorer – Flickr, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=9867460

相比之下,軟體動物的眼睛似乎就進步許多,它們沒有翻轉的演化,不像人類的眼睛感光細胞色素接受之後還要往外回傳給神經纖維層。它們感光色素細胞初期會暴露在外面,然後慢慢演化凹陷,形成針孔成像,進而發展出晶體與虹膜等結構來調焦。它們沒有盲點,感光細胞就位於視網膜上面,接受訊號後直接內傳。

下圖 1:視網膜 2.神經纖維 3 視神經 4盲點

人類眼睛處理視覺步驟是2-1-2-3先穿透(神經纖維)到(視網膜)在回來(神經纖維),從(視神經)傳到大腦皮質區。視神經匯聚處沒有視網膜感光細胞即是(盲點)

軟體動物眼睛處理視覺步驟是1-2-3 直接傳送,比人類更進步。

由 Caerbannog – Own Work, based on Image:Evolution_eye.png created by Jerry Crimson Mann 07:07, 2 August 2005 UTC (itself under GFDL)., CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4676307

動態視力的王者-節肢動物

節肢動物用複眼來看這個世界

而在動態視力上的演化,節肢動物卻擁有優勢,它們外殼堅硬,不太適合發展針孔視覺,所以衍生出複眼的方式,不用針孔,用陣列的方式來看這個世界,形成獨特的複眼,而這樣的方式由於沒有演化出水晶體與虹膜,缺乏調焦能力,沒有辦法分辨細節,但分辨動態的能力卻大大勝過我們,我想即使李安導演的「比利·林恩的中場戰事」是每秒120幀的格式拍攝,叫他們來看也只是一張一張的幻燈片吧!

用進廢退並不是演化論的觀點,能存活下來也不一定是有特別的優勢。

此時我們又陷入疑惑了。脊索亞門為何在演化上選擇這種方式呢?眼睛真的是人類演化的遺跡嗎?莫非這種方式在某個時間點是很重要的特徵呢?或者是控制翻轉的基因在演化上也調控了其他特徵,而這特質有優勢,所以我們還是保存了此基因,即使它對於眼睛有不完美之處?這是眼睛的難題,也是我們現在的未解之謎。

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