09.16 有著活體城堡之稱的石鱉,它的眼睛居然是石頭做的

有種驚人的軟體動物能通過甲殼上數以百計的眼睛發現天敵,而這些獨特的眼睛居然是……石頭的!

對戰場上的士兵而言,躲進坦克自然不會被飛舞的子彈傷到,但就很難看清戰況。保護自己,觀察敵情,二者往往不可兼得。

可誰能想到,產自加勒比地區、體型比薯片大不了多少的多疣花棘石鱉(Acanthopleura granulata)竟實現了兩者兼顧。它可以說是座活體地堡。

有着活体城堡之称的石鳖,它的眼睛居然是石头做的

蝸牛一樣擁有一個腹足,它那柔軟的身體外覆蓋著堅固的礦化外殼。這層外殼由八塊碳酸鈣殼板連接而成,令它的身體可以緊密附著在各種形狀的礁石表面,不管潮漲潮落,篤悠悠地享受藻類大餐。

石頭的晶狀體

然而與眾不同的是,石鱉這身鎧甲表面散佈著成百上千只直徑勉強與頭髮絲相當的小眼睛。每隻眼睛都有一片透光的“晶狀體”,其主要成分居然是堅硬的文石,與石鱉外殼的構成成分一樣。

這簡直瘋狂:其他動物都透過一層透明蛋白質看世界,多疣花棘石鱉卻是透過石頭看天下!

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這個獨一無二的現象多年來令生物學家困惑不已:石頭真能取代晶狀體?直到一個美國研究小組決定放手一試——實踐出真知嘛!

他們取下石鱉眼睛上的“晶狀體”,發現後者大致呈球形,能夠將外界光線折射到視網膜,隨後視網膜上密佈的感光細胞會把光線轉譯成大腦可解讀的信號。玩興大發的研究人員把這一晶體罩在顯微鏡鏡頭上觀察魚類圖片。

有着活体城堡之称的石鳖,它的眼睛居然是石头做的

這些灰色圓珠就是石鱉的眼睛(小圖為顯微鏡下的畫面),它們散佈在整個外殼上。和外殼一樣,這些眼睛也是由堅固礦物質構成的;唯一的區別是,眼睛是透明的,照片中我們能看到它們的反光。

據他們2015年11月發表的結論,實驗相當成功:文石晶體並不阻礙光線射入眼球,可將周圍環境的一幀微小影像投向感光細胞。正是藉助其成百上千的小眼珠,石鱉得以360°無死角地觀察環境,在大禍臨頭前準確判斷危險的臨近,比如飢腸轆轆的海鷗或是魚。

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光線遇到周邊物體(這裡以一條魚為例)反射,其中一部分經石鱉眼睛最外部起保護作用的角膜,穿入一個偏橢圓的球形“晶狀體”——其組分是一種名為文石的晶體,而人類的晶狀體是由透明的蛋白質構成的。

這一預警能力對石鱉來說必不可少。由於行動過於遲緩,在威脅面前它唯一的求生之道就是依靠那條可憐巴巴的腹足如吸盤般緊緊攀住岩石,死不放鬆。而敏銳的小眼睛給它留出了寶貴的行動提前量。

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構成石鱉眼睛“晶狀體”的碳酸鈣與圖中文石的組分別無二致。

天敵來了?哈哈!不好意思,你扒不動我!由於自身外甲足夠堅固,石鱉只需老老實實貓著不動即可,不管是鋒利的牙齒還是尖利的鳥嘴都不怕。

這樣說來,誰也奈何不了它了嗎?然而石鱉有個致命弱點:它的視野範圍只有2米!

研究人員認為,這是眼睛的大小決定的。由於眼睛太小,石鱉視網膜上的感光細胞數量相對較少;而感光細胞越少,分辨率越差,得到的圖像就越像馬賽克。

非同尋常的近視

我們來做個比較:人每個眼球裡的感光細胞數量近1.3億,而多疣花棘石鱉至多不超180如此大的差距導致人眼具備在2米外分辨間距0.6毫米的兩點的能力,而同樣的距離,石鱉只能分清間隔至少20釐米的兩個點!

有着活体城堡之称的石鳖,它的眼睛居然是石头做的

石頭做的眼睛

那大自然為什麼沒有賦予它更大、具有更多感光細胞、看得更清晰的眼睛呢?研究人員猜測很可能是為了保證它的盔甲堅不可摧。

實際上,為了儘可能避免外物撞擊,石鱉的眼睛都嵌在甲殼的溝槽裡;而這些橫溝若過於寬大,甲殼就會變成篩子。不能犧牲背甲的堅固性,那就只好將就著一堆寒酸的小眼睛過日子啦。

因此,它的視力只在一個很狹小的警戒範圍內起作用,只確保它在發現捕食者闖入該範圍後有足夠的時間抓牢岩石。

軍用盔甲借鑑對象

最後,對多疣花棘石鱉來說,眼睛多還是一大優勢:反正多著呢,損失幾十個也不要緊。

有着活体城堡之称的石鳖,它的眼睛居然是石头做的

像麵包上的芝麻粒一樣,佈滿石鱉外殼的小黑點(見紅色箭頭所指)就是這種軟體動物的眼睛。

總之,這套鎧甲使它在觀察和自衛的需求之間達到了完美平衡。

這恰恰是令美國軍方感興趣的內容。他們之所以為該項研究提供了部分經費,是因為他們有很多疑問:視覺神經如何在甲殼中排布,又是如何與神經中樞相連的?對這些被視為國防機密的內容,研究人員不便過多透露。

但長遠來說,他們非常希望能夠一一解答這些問題,以製造出佈滿傳感器,可向穿著者實時報告防護狀態的智能護甲,甚或將視覺系統和光纖直接嵌入機器人的表皮。

對多疣花棘石鱉的研究再一次證明,大自然在漫長的演化中充滿了奇妙的想象力和創造力,是工程師取之不盡的靈感源泉。

撰文 Martin Saumet

編譯 郭盈玉

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