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树懒和犰狳眼中的黑白世界

2020-1-21 15:23

来源:国家地理|722人参与|0评论

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九纹犰狳的眼睛形同虚设,实际上根本不起作用。如果你干扰犰狳,它会直线逃离,躲到树干里避难。

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树懒和犰狳眼中的黑白世界

  撰文:Ed Yong

  犰狳视力很差。1913年,动物学家Horatio H.Newman和J.Thomas Patterson曾这样写道,“九纹犰狳的眼睛形同虚设,实际上根本不起作用。如果你干扰犰狳,它会直线逃离,躲到树干里避难。”

  三趾树懒的视力也没好到哪里去。“如果将一只树懒宝宝放在离它妈妈只有1.5米远的水平树枝上,小树懒会立刻哭起来,而树懒妈妈听到哭声后会四下张望。很多次树懒妈妈的眼睛都在直视着小树懒所在的方向,但它完全看不到小树懒,看起来树懒的视觉,听觉或是嗅觉都不太发达,”Michel Goffart在1971年写道。更滑稽的是:“暴怒的雄性树懒在彼此间相距1.5米时就试图互相掐架。”

  如今,加州大学河滨分校的Christopher Emerling和Mark Springer认为他们找到了犰狳和树懒视力奇差的原因。两种动物眼睛内负责辨别颜色的视锥细胞的基因副本已受损,只有视杆细胞留了下来,而视杆细胞的分辨率较低,在弱光下才有较高的光敏度。所以,犰狳和树懒眼中的世界是黑白的,它们在努力适应强光下的生活。

  这一发现证明了犰狳,树懒和食蚁兽——统称贫齿目动物——由长期生活在地下的穴居古生物进化而来。由于地下光线不足,这些古生物的视杆细胞可能比敏感且能辨别色彩的视锥细胞更为发达。

  历经漫长的进化过程,它们最终迎来了地上生活,至于树懒,甚至开始了树栖生活。但在它们身上仍能发现穴居动物的特点,比如健壮的前腿,弯曲的爪子,骨骼特征显示它们有超强的挖掘能力(“xenarthran”一词的意思为“奇异的关节”)。正是因为有了这些特征,食蚁兽才能挖开蚂蚁的洞穴,树懒则会挂在树枝上。

  犰狳,树懒和食蚁兽还遗传了祖先们的奇差的视力,它们的视网膜上普遍缺少视锥细胞。据Emerling和Springer所述,这一特点在某些重要方面驱使着它们的进化。由于视力低下,它们无法沿袭其他哺乳动物的生活方式,比如速跑,猎食,或滑翔。“犰狳在过马路时,几乎看不到靠近的车辆,这一情况对德克萨斯州的居民来说太熟悉了,”Emerling说道。

  这一发现是规模浩大的哺乳动物进化史的一部分——强调了进化变化无常的本质。许多动物的眼睛内含有4种视锥细胞,比如鸟类,鱼类,爬行动物和两栖动物,因而它们能够区分多种颜色。哺乳动物由夜行动物进化而来,已经损失了2种视锥细胞。以狗为例,只剩下2种视锥细胞,一种分辨紫罗兰类的颜色,另一种分辨蓝绿色。(不同于大众观点,狗狗眼中的世界并不是黑白的;它们能分辨一些颜色,虽然十分有限。)

  人类和其他灵长类动物在一定程度上颠覆了这一进化特点,重新启用了第三种对红色敏感的视锥细胞,这种细胞能帮助我们区分未成熟的绿色水果与成熟的红色/橘色水果。海洋哺乳动物丧失了更多的视锥细胞,甚至连对蓝色/紫罗兰色敏感的视锥细胞都退化了。巨鲸则失去了所有的视锥细胞,只剩下视杆细胞。大海是蓝色的,但生活在海中的蓝鲸却永远不会知道。

  几年前,Springer的团队发现鲸鱼的视网膜中只有视杆细胞。这或许能解释的通,因为鲸鱼大部分时间生活在深海中,几乎看不到光线。团队还发现金鼹鼠也缺乏视锥细胞——它们是‘杆体全色盲者’。这也很合理,因为它们大部分时间都生活在地下。

  但九纹犰狳却让研究学者们犯了难。Emerling检查了九纹犰狳的基因组,发现几组视锥细胞基因已经发生突变,视网膜上最终只会剩下视杆细胞。“我确信这是基因测序错误,”他说道,因为犰狳通常在白天比较活跃。他们不住在深海,也不在地下活动。

  Emerling更为仔细地检查了结果,发现犰狳特有的视杆细胞基因副本完好如初,但7种特有的视锥细胞基因发生了断裂。Emerling在其他贫齿目动物的基因组中也发现了相似的情况,包括另外5种犰狳,3种食蚁兽,1种现存的树懒,甚至一种灭绝的地懒。

  通过对这些基因进行分析比对,他推测贫齿目动物最后的共同祖先已经丢失了一种视锥细胞,这是由致残突变造成的。两个不同的分支——犰狳和树懒/食蚁兽——而后各自失去了不同的基因,包括最后残存的视锥细胞。

  “竟然在树懒身上也发现相似的情况,这太让人震惊了,”Emerling说道。“树懒住在树上!作为树栖生物,根本不应该丧失白天的视力!”

  但马里兰大学的Tom Cronin告诫说“并非所有杆状细胞视觉都与日间活动相矛盾”。巨鲸白天也会在洋面活动。甚至有些人只存在杆状细胞视觉——他们可能在其他方面做得很好,但只要接触到灿烂的阳光就无法活动,在一般光线下能够完成阅读。(Emerling说这一情况有时称作“昼盲”,对患有昼盲症的人来说,想在白天睁着眼睛实在太痛苦了。)

  Cronin还提到,我们还不能对动物视觉做出定论,因为我们只做了遗传学方面的研究。贫齿目动物或许在某方面得到了补偿,所以为了证明它们真的只有杆状细胞视觉,你需要检察它们的视网膜,测试它们的视力。

  Emerling承认这一点,但他也给出了其它证据。比如,贫齿目动物的眼睛周围缺少帮助聚焦的肌肉,这表明它们视力很差。同样也有很多说法解释为什么树懒,犰狳和食蚁兽在白天视力不佳。在一项实验中,研究人员给树懒戴上了眼罩,结果发现其表现与之前没有任何不同。将这些信息汇总起来,我们似乎能得出这样的结论,“犰狳和树懒极有可能缺失所有的视锥细胞,”他说道。

  如果情况确实如此,又会带来新的谜团:为何那么多的穴居哺乳动物,如非洲鼹鼠和欧洲鼹鼠还有若干种类的啮齿动物都保留有视锥细胞呢?尽管它们生活在地下,但与昼行和夜行哺乳动物相比,它们的视网膜与前者更为相似。在地下生活并不一定要丧失视锥细胞。

  “贫齿目动物或鲸鱼为何要放弃它们的视锥细胞,目前似乎并无定论,”Cronin说道。所以这到底是为什么呢?

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