有什么昆虫一生要经历四次变化(拥有千百个瞳孔)
来源:科普大世界
不了解昆虫的朋友可能不知道复眼是什么东西,它其实就是昆虫的眼睛。
只是它和我们人类等哺乳动物的眼睛很不一样,我们人类的眼睛都是一双瞳孔(每只眼睛有一个),但是昆虫的眼睛往往会有千百个“瞳孔”,所以昆虫的眼睛才被叫做复眼。
大多数昆虫眼睛的结构都属于复眼,这样的眼睛有什么好处呢?
有个最大的好处就是可以看清高速移动的东西,而且能将它的运动轨迹看得一清二楚。
比如我们用眼睛在侧面看枪射出的子弹或者弓射出的箭,它的飞行过程基本上是看不到的,即便我们集中精力,最多也只能看到处于某一位置上的子弹或箭,这正是由于我们的眼睛只有一双瞳孔,通常它只能注视一点,只有当子弹或者弓箭经过我们所注视的那一点的时候才有可能被看到,其他的时刻都是看不到的。
但是昆虫却不同,如果一只蜻蜓位于我们所在的位置,那么子弹或者弓箭射出的整个过程,它都可以看到,这正是由于它眼睛上有高达2.8万个复眼,每个复眼小孔就相当于一个瞳孔,子弹或者弓箭发出后,一路行进的轨迹被复眼上的诸多小孔捕获到,也就形成了子弹或者弓箭前进的一个一连串的过程,光线通过这些小孔进入到复眼小孔底部的感光细胞上,再通过视觉神经传到大脑,就形成了蜻蜓看到子弹或者弓箭前进的整个过程。
昆虫都很小,眼睛看上去也不大,但是由于复眼小孔的数量很多,所以昆虫的眼睛相对于身体的比例要比其他动物都大得多,而且大多数昆虫的眼睛都比头部其它部分还要大。生物学家们解剖发现,有复眼的昆虫每个小眼都有角膜、晶椎、色素细胞、视网膜细胞、视杆等结构,是一个独立的感光单位,这些感光单位集体工作,就能让昆虫感受到视觉范围内所有的风吹草动了。
那么,在苍蝇“子弹时间”的视角里,它们的一生到底算长还是短?
2013年,一篇发表在《动物行为学》杂志上的论文就明确指出的:不同动物所感知的时间快慢是不同的,因而看到的现象也不同。
而对于微小的苍蝇来说,时间流逝的速度更是比人类慢了四分之一。
这也意味着,它们看似短暂的一生其实已经活得相对漫长了。
科学家是通过什么方法得出这些结论的呢?
其实在自然界中,任何动物对时间的感知可以通过一个叫临界闪烁融合频率((critical fusion frequency, 下文简称为CFF值)来进行量化比较。
它指的是个体能看到的光闪烁的最大频率,超过此频率则看到闪烁感觉会消失,从而产生稳定光亮的感觉。
举个例子,当我们观看一组交替的图片,如果每秒闪烁次数不到60次,你就能够肉眼分辨出这些闪烁的图片。
如果超过60次,你的感官就会将这些跳跃的画面融合,看到一组融合的画面。这也意味着,你的一秒钟过去了。此时,我们就能说你的CFF值是60次/秒。
在同一秒钟中,个体接收处理图像的速度越快,对时间的感知越慢。所以在自然界中,物种的CFF值越高,其所感知的时间流逝就越慢。
为什么动物之间存在时间感知差异呢?
这很可能是出于生存的目的,这种时间维度有利于小型动物逃避大型动物的攻击。
当大型动物想要靠近时,小型动物将拥有足够的时间发现它的“慢动作”,并快速逃跑。
听起来有些晦涩,不如让我们用生活中的现象来解释。
生活中我们就算再眼疾手快,也很难徒手打死一只苍蝇。
这是因为比起人眼,苍蝇的眼睛能分辨出物体在更短时间内的运动。因为它们的CFF数值高达240次/秒,是人类CFF值的4倍。
所以,你以为你出手敏捷的手,其实在苍蝇眼中,慢得就像蜗牛一样。如此一来,它们便有足够的时间逃跑了。
另一方面,动物们还能利用时间感知的差异来发送秘密信号。
比如萤火虫和许多深海动物会用闪光作信号,而更大也更慢的掠食动物的视觉系统不够快,可能看不懂这些信号,这就为小型动物提供了一条秘密通讯渠道。
不过相应地,像苍蝇这样的小型动物也需要为此消耗更多的能量,因为它们需要在单位时间内尽可能多地捕获画面,并且通过相关的神经元迅速将这些画面传递到大脑。
如果缺了必要的能量,它们是无法进行开展工作的。
可能有人会想,如果一个人的CFF值比其他同伴更高,那么在同伴们看来,他的反应是不是就能快得不可思议?
理论上是有可能的,目前科学认为人类的CFF值可能会有些许的差异,这个假说能帮助解释不同个体间性格、天赋、决策能力和感知能力的差异。但当前的数据还不足以给出一个明确的结论。
不过昆虫眼睛中的世界和我们不太一样,它们通常只注意会移动的事物,而且视线范围内,视物的清晰度都差不多,不像我们人类看东西只会专注于一点。如果昆虫的复眼有部分被灰尘挡住的话,那么那部分复眼将会看不清东西,所以苍蝇、蜻蜓等昆虫都会经常用前足拂拭眼睛。
复眼也启发了人类在仿生学上的利用。比如ATR(自动目标识别)视觉传感器和复眼相机等,就是起源于人类对生物复眼视觉的模仿。它们基本都是由多个光感或多个光线传感器组成。可以传感一条光线或一个面的光或红外线等,可以很好的看清高速运动物体的整个运动过程,精确判断它们下一步会出现在哪里。
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