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生物知趣

灵魂之窗

苏美灵

 

  一百多年前,达尔文曾研究过各种动物对光的感官程度,他不得不承认,动物具有多项无法模倣的感官性能。按进化的角度而言,眼睛不可以借着自然选择演变而成,因此,眼睛的进化过程是最令人难以理解的。一堆感光的眼睛细胞如何把信息传递到大脑,因而使动物可以看见眼前的景物,这是在科学上无法解释的谜。在达尔文的时候,最简单的照相机已经发明了,但相机本身卻沒有视觉的功能。可是,一百年后的今天,研究视觉神经的动物生理学家仍然不能解释动物如何“看”眼前的景物。

  事实上,视觉不只是动物构造的一个谜,诸如听觉,嗅觉和触觉也是科学研究上的谜,这些感觉器官把外界的信息传达到大脑,使动物产生不同的感觉。但脑部是动物身体的神秘地区,因为它不像身体其他器官,例如心,肝,肺,脾和肾,它们的操作是机械式的,先进的医学技术可以制造人造心,肺,洗肾机,人造肛门,义肢,甚至皮肤和骨头,但脑子卻无任何替代品,即使把一副微型电脑移植在脑子里,也无法取代人脑的各种复杂和无法了解的活动。

一.感光器官


眼点(eyespot/ocellus)

  动物学家尝试从最简单的生物中找出解答眼睛构造之谜的答案,以此了解人类的眼睛是如何进化出来的。单细胞的生物如亚米巴是沒有眼睛的,但牠对光的方向和強度有不同的反应。单细胞的眼虫(euglena),顾名思义,有一个像眼睛的构造器官,称为眼点(eyespot/ocellus),由一堆感光细胞组成,其实,不少低等动物和绿藻类生物也有眼点,即如无脊椎动物如扁虫(flatworm)和各种软体动物的感光细胞往往形成一个碗状构造,为的是集中光线,在碗的內部形成一个影子。不过,到底牠们能否看见东西则不得而知,我们只知道牠们对光的方向和強弱有反应,而眼点的用途是要使牠们知道敌人的存在和免去太強的光线。


扁虫(flatworm)

 


八爪鱼的眼睛

  虽然四肢动物的眼睛是最复杂和精巧的,但在一些低等动物中如八爪鱼,牠的眼睛卻和人类的眼睛构造一模一样。进化论者称眼睛的构造是由简单演变到复杂的,但他们亦无法解释为何八爪鱼有类似人类眼睛的情況,因为在八爪鱼以下的更低等动物根本找不到任何眼睛进化的跡象。根据进化论,软体动物如蝸牛,蚬,虾和八爪鱼类是由单细胞进化而来的,在不同门的软体动物中,如蝸牛的眼睛甚为简单,有的如海星和海胆是沒有眼睛的,但是八爪鱼的眼睛可以相比於人类的眼睛。因此,科学家也不得不承认,眼睛的进化仍是一个谜。


照相机

人体的眼睛

  眼睛可以分为单眼(如照相机的眼)和复眼(compound eye)。


绿头苍蝇20倍大


苍蝇复眼375倍大

  单眼多为有脊椎动物所有,复眼则为无脊椎动物所有。无脊椎动物如昆虫,蜘蛛,甲壳类动物等均有眼睛。一般的昆虫,牠们的眼睛是由数以百计的小眼(Ommatidia)所组成的。每一个小眼有独立的光学和感光部分,不过牠们所看到的影像和我们所看到的不同,形像並不是一个轮廓分明的物体,乃是模砌形的图案,因此,每当你要拍打苍蝇之前,牠们早已逃之夭夭了。复眼的构造也非常复杂,它有感光的小网膜细胞,外边附有毛状突起物和感光色素,不同动物的复眼会利用不同的原理形成影像。不过,昆虫或蜘蛛除了有复眼之外,也有单眼。

  至於有脊椎动物,牠们的眼睛是身体上最精密,奇妙和受保护的器官,它们被深深藏在眼框之內,四周被好几层构造保护着,仅有不到一厘米的面积是暴露於外界的,其余的结膜,眼帘,眼睫毛和淚水则作为保护的用途,而且拒走了外界能损害眼睛的物体。附图所示人体的眼睛,可见其构造精密的程度。


人眼纵切面

蛇眼纵切面

  动物的眼睛可谓千奇百怪,它们是为了适应不同环境而特別设计的,例如蛇的眼睛沒有眼帘,牠们可以长时间观察事物而不必眨眼,牠们的眼睛以外有一层称为透明膜(Brille)的眼镜,即使牠们在佈满枯枝腐叶和砂粒的泥土里钻动也不会受到损害。

  雀鸟的眼睛几乎可以看见360°的事物,所以谚语中有“鸟瞰”一词也不足为怪。蟹的眼睛是有柄的活动物,可以巡视周围的景物;貓可以把瞳孔形成一条垂直的缝,一方面可以保护眼睛免受強光刺激,另一方面又可以使影像更加清晰;更奇特的是四眼鱼的眼睛可以分成两部分,上半部分观察水面事物,另外一部分观察水底以下的物体。

  至今人类仍然无法模倣鹰的眼睛,自从人类发明活动照相机后,即使远外的景物也能拍摄得到,同时更可以把它们放大,成为画中之画,但这种技术並非人类所发明的,鹰类早已有这种与生俱来的作用,牠们的眼睛系统附有一种类似望远镜的装置,可以同一时间看见远处的景物,也可以清楚注视猎物的位置。牠们在二三千米的高空飞翔,也能看见水中的鱼和草丛中活动的动物,看准机会后,在一剎那之间捕获牠们。

二.感光作用

  最令研究视觉生理的科学家感到难以解释的乃是眼睛如何接收视觉的信息。感光细胞如何操作至今仍是一个谜,营养师告诉我们维生素甲对视力有益,所以多吃红色植物,如甘筍,甜菜头,番茄等可以帮助取得更多的维生素甲。眼睛本身那层黑色的视网膜具有一种称为视子(Retinoid)的蛋白质,它们的构造和植物的叶绿素相似,是一个极其复杂的分子。

  对於视觉的最新解释有如下几方面:

  1. 眼睛在黑暗时,一股強大的阳离子电流Na+流入感光细胞的外层,将之退极。
  2. 视子受到光的刺激,它吸收了光子,引发起一连串的酵素活动。
  3. 首先它将一种称为转导物(Transducin)T的附有鸟甘(Guanosine)的蛋白质变成活性形态。
  4. 这个活性形态的T继而将一种称为“光化还原酵素”Photoreductase催化。
  5. 这酵素将环腺甘酸(cGMP)变成鸟甘酸(GMP)。
  6. 由於(cGMP)的量降低了,便将阳离子通道封闭,同时也減低了Na+的內流,将感光细胞超极化。
  7. 以上程序被称为酵素的“急流”,因为它牵涉了许多酵素的活动,由此可以把光的能量放大。

  上述程序如何回复原来的状态到目前仍是科学上的一个谜,事实上,光一进入眼睛便引发起一连串极其复杂的过程和变化,如在低等动物中,牠们的构造特異,但感光作用也差不多,但科学家仍未完全了解整个过程的详细程序。

  眼睛接收了光的信息后,还要经过一些更复杂的过程,称为信息输送(Information Channels),借着不同功用的神经节细胞,以平衡输送法再加以处理,才一併送入脑细胞。专家分析了五种神经节细胞,各有不同的功用,它们把光暗,強弱,大小,深浅等不同资料同时输入脑部的视觉区域.专家对个中的过程至今仍未能完全了解。脑袋究竟是如何认知事物和分辨颜色的,即使以现今科学家在化学,生物学,光学,物理学和电子学知识也未能了解它的功能和运作方法。

三.奇妙的眼睛

  人类所发明最原始的照相机只是一个黑色的小箱子,当中是一块镜片加在一个小洞前,再摆上一张感光底片而成,时至今天,专家不断改良相机的性能,一般全自动相机,包括下列各项功能(一般保用一年):

  1. 自动对焦
  2. 微距对焦
  3. 自动曝光
  4. 自拍装置
  5. 电力变焦
  6. 內置闪灯
  7. 自动测光
  8. 变焦观象
  9. 变焦自动闪灯

  这种相机虽然备有上述种种优点,但它还要配上某些零件,才可堪称完备,如增距镜,广角镜,变焦镜,镜片霉菌克星,防潮珠,抹镜纸,气泵和防潮箱。这些笨重东西合起来佔满了一个大箱子!

  不过,全能相机仍有很多的限制,例如在光线太弱的地方便不能拍摄,但人的眼睛除了有上述各项优点之外,相比相机还有更多好处:

  1. 其体积比任何相机小
  2. 真正全自动运作
  3. 视域可达280°
  4. 几乎全黑的环境下仍可见事物
  5. 自动分泌抗菌防霉的淚水,定时清洗镜面,永不会生霉菌
  6. 保用期可达七八十年之久

四.视觉种种

  圣经也提及不少与眼睛有关的事件。由创世记到启示录,有许多记载是有关视力或眼睛的,不过圣经上所指的不单是肉身的眼睛,还有指心灵上的眼睛。在创世记第三章,始祖犯罪后,他们的眼睛明亮了,这才看见自己是赤身的,於是他们急忙用无花果叶子所编的裙子遮闭身体;天使在所多玛拯救罗得时,该城的人无论老幼均要罗得把天使交出来,但天使卻使他们眼睛昏花,看不见他们,以致他们可以逃命;在以利沙时代,亚兰人围困多坍城,以利沙的仆人眼见敌军重重包围他们,以为必定凶多吉少了,但以利沙求神开了仆人的眼睛,使他能看见更多的天军包围着他们;耶稣复活后,在以马忤斯路上和两个门徒谈话,他们的眼睛迷糊,看不见主。直到耶稣擘饼时,他们的眼睛才明亮。此外,主耶稣也用眼睛內有樑木作为比喻,指摘人只看见別人的小罪卻看不见自己的大罪。

  其实,眼睛有它属灵的意思。保罗在林前说这世界的神弄瞎了我们的眼睛,我们看不见自己的罪,也看不见自己在属灵上的需要。在启示录三章18节,主又责备老底嘉教会,说它要买药擦眼睛,因为这教会不冷不热,视野朦糊,根本看不见属灵工作的需要和逼切,所以要买眼药擦眼,治好眼睛的疾病才能看清楚教会的方向和目标。

  不过,圣经中说,神的眼目遍察全地的事实最令人得安慰。从创世记开始,祂不断看顾人类,因为人是照着神的形像和样式造的,祂又怎会撇棄自己眼中的瞳人呢(诗篇17:8)?所以当夏甲抱着以实玛利在旷野迷路时,祂听见了童子的呼声,便使夏甲看见一口井可以解渴;神看见约瑟如何在埃及的牢中被冤枉入狱;神看见以色列人在埃及为奴四百年;神看见以色列人在士师时代如何犯罪;神又看见大卫如何被扫罗追杀;当然神也看见大卫如何犯罪。

  神今天仍然看见人类所受的一切冤屈和不公平,神说:“伸冤在我,我必报应。”今天我们除了看见物质的世界之外,我们有沒有属灵的视力和洞察力,看见神与我们同在,用信心的眼睛看见将来神要彰显的荣耀呢?圣经说属灵的人看透万事,我们若能看透万事,必明白这世界不是永久的家了,只不过是暂时寄居的地方,我们的眼目应当仰望那创始成终的神和祂为我们所预备的家了,即使世局如何改变,真理才是永恆的,而耶稣就是真理。

(选自作者著:圣经与生物学,第十集。基督教天人社出版)

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