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为什么动物的瞳孔有不同形状?

你可曾注意过,猫的瞳孔在收缩时呈竖条状,而羊的瞳孔却是横条状,这究竟是为什么呢?一项最新研究发现,陆生动物的

物种日历 发表于  2015-11-21 00:00

你可曾注意过,猫的瞳孔在收缩时呈竖条状,而羊的瞳孔却是横条状,这究竟是为什么呢?一项最新研究发现,陆生动物的瞳孔形状与其生态位(ecological niche)之间有着惊人的相关性——长着竖瞳的动物很可能是伏击的捕食者,而有着横瞳的动物则很可能是被捕食者。不同形状的瞳孔带给动物不同的视野,对它们的生存起到了重要作用[1]


不同动物瞳孔的形状。图片来源:npr.org


对于长条形瞳孔的功能,科学家们在过去曾提出过一些观点。有人认为,由于长条形瞳孔放大与收缩时的透光面积变化幅度极大,因此这种瞳孔能让昼夜活动的动物更好地调节光线。另外,长条状的瞳孔能够增加横向或纵向轮廓的清晰成像距离。还有人推测,在拥有多焦点眼睛的动物中,长条形瞳孔在收缩时能够更好地维持图像质量。然而,上述所有推测都无法解释为什么有的动物长着横瞳,而有的却长着竖瞳。


为了分析瞳孔形状与陆生动物习性之间的关系,研究人员对214种来自不同科的陆生动物进行了分析。他们将这些动物的生态位(捕食者与被捕食者)、一天中活动的时间(昼行、夜行、昼夜活动)以及瞳孔形状(圆形、近圆、竖条、横条)进行了对比,结果发现瞳孔形状与它们的生态位之间有着明显的联系。比如,作为被捕食者的食草动物(比如斑马)大都长着横瞳,而大多数昼行的主动捕食(比如猎豹)者则有着圆形瞳孔,而夜行和昼夜活动的伏击捕食者(比如斑猫),则通常有着竖瞳。


陆生动物瞳孔形状与生态位之间的联系。图片来源:研究论文。


那么,不同形状的瞳孔有什么特殊之处呢?通过对竖瞳和横瞳的光学特性进行分析,研究者发现,首先对于竖瞳来说,物体在纵向上的景深(编者注:指焦点前后相对清晰的成像范围。在景深之内的影像比较清楚,在这个范围之前或是之后的影像则比较模糊)比横向更大——这意味着对于处在焦点前后的物体,纵向上要比横向上看得更加清晰。因此,竖瞳能对眼睛的立体视觉进行辅助,便于动物估计物体在纵向上的距离;同时,动物可以通过离焦模糊的程度,来估计物体在横向上与自己的距离。竖瞳在伏击捕食者中更为常见,这种形状的瞳孔能够让它们在不惊动猎物的情况下,更准确地估计猎物到自己的距离。


竖瞳眼中不同离焦程度下的图像。距离相同时,横向物体比纵向物体看起来更模糊。图片来源:研究论文。


家猫的竖瞳。图片来源:fanpop.com


而横瞳则主要存在于被捕食动物中。这些动物的眼睛大多长在头部两侧,非常宽的单眼视野可以帮助它们尽量减少视觉盲区。与竖瞳相反,横瞳会增加物体在横向上的景深,同时让前方和后方的地面成像更清晰。对于被捕食的动物来说,横瞳既能帮助它们拥有清晰的横向全景视觉,以探测来自不同方向的捕食者,同时又能让它们在眼睛长在两侧的情况下,也能看清前方地面的情况,在遭遇捕食者追赶时,能够看准地形快速逃跑。


山羊的横瞳。图片来源:Grantland Kilgore


此外,横瞳的食草动物不论头的位置如何,其瞳孔都能保持与地面平行(下图)——也就是说,它们即使在低头吃草,也能看清从地平线靠近的捕食者。


第一排的左图为马低头吃草时瞳孔的位置,中间为马抬头时瞳孔的位置,两种姿势下,马的瞳孔都是与地面平行的。食草动物可以通过转动眼球来使瞳孔始终与地面平行。当将左图中马头的角度旋转到和中图一致时(右图),可以看出低头时马的眼球发生了转动。图片来源:研究论文


瞳孔形状与生态位之间的联系是演化和自然选择的良好体现,不过也有一些例外,比如食草但却有着竖瞳的南美洲栗鼠(龙猫),以及食肉但长着横瞳的狐獴。此外,自然界中仍在存在其它类型的瞳孔,比如壁虎瞳孔收缩时会形成四个小孔,乌贼的瞳孔收缩时呈波浪状……对这些不同形状瞳孔的研究,将会是一个有趣的挑战。(编辑:球藻怪)


食肉但长着横瞳的笔尾獴。图片来源:dailykos.com


PS:下图这种形状的瞳孔,又能透露出什么信息呢?


参考文献:

  1. "Why do animal eyes have pupils of different shapes?," by M.S. Banks; W.W. Sprague at University of California, Berkeley in Berkeley, CA; J. Schmoll; J.A.Q. Parnell; G.D. Love at Durham University in Durham, UK.




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热门评论

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全部评论(73)
  • 1楼
    2015-08-08 21:09 会飞的恐龙le

    没人,这不科学

    [5] 评论
  • 2楼
    2015-08-08 21:09 梦游侠

    很久没见到如此有分量的文章了,很期待后续研究结果。

    PS:下图这种形状的瞳孔,又能透露出什么信息呢?

    肉食动物,伏击型捕猎者。如无意外应该是蛇类。

    [6] 评论
  • 3楼
    2015-08-08 21:40 红叶馆

    最后显示了攻的特征

    [4] 评论
  • 4楼
    2015-08-08 21:42 蓑雨吟
    引用@梦游侠 的话:很久没见到如此有分量的文章了,很期待后续研究结果。PS:下图这种形状的瞳孔,又能透露出什么信息呢?肉食动物,伏击型捕猎者。如无意外应该是蛇类。

    好像果壳某篇文章用过的恐龙图。。

    来自 果壳的壳
    [0] 评论
  • 5楼
    2015-08-08 21:46 北瓜仙子

    [29] 评论
  • 6楼
    2015-08-08 21:48 反向延长线.

    我是看到封面后被吓到,

    然后手一抖,

    才滚进来的。


    来自 果壳的核
    [1] 评论
  • 7楼
    2015-08-08 21:53 反向延长线.

    圆形瞳孔代表智力?

    来自 果壳的核
    [1] 评论
  • 8楼
    2015-08-08 21:53 反向延长线.

    最后一个是鳄鱼吧?

    代表攻守兼备?

    来自 果壳的核
    [0] 评论
  • 9楼
    2015-08-08 21:58 北瓜仙子

    还有啊,小编你为喵拿霍比特人的图片问问题啊··········

    [0] 评论
  • 10楼
    2015-08-08 22:01 北瓜仙子

    就是巨龙史矛革那条大壁虎了·········

    [14] 评论
  • 11楼
    2015-08-08 22:02 Kallima

    最后一张是某龙?

    [0] 评论
  • 12楼
    2015-08-08 22:28 素食者

    发个动态图不是更好,夺人心魄!

    [72] 评论
  • 13楼
    2015-08-09 02:13 Ops.Nirvana

    我也觉得最后是龙,,,毕竟那个视细胞,,,

    来自山寨果壳.wp
    [1] 评论
  • 14楼
    2015-08-09 02:21 Ops.Nirvana
    引用@蓑雨吟 的话:好像果壳某篇文章用过的恐龙图。。

    而且体型应该相当庞大,,

    来自山寨果壳.wp
    [0] 评论
  • 15楼
    2015-08-09 06:43 机动要塞

    来来来,分析一下这个

    [57] 评论
  • 16楼
    2015-08-09 09:04 逍遥剑逍遥
    引用@梦游侠 的话:很久没见到如此有分量的文章了,很期待后续研究结果。PS:下图这种形状的瞳孔,又能透露出什么信息呢?肉食动物,伏击型捕猎者。如无意外应该是蛇类。

    ?怎么看像斯毛哥?

    [0] 评论
  • 17楼
    2015-08-09 09:45 红叶馆
    引用@机动要塞 的话:来来来,分析一下这个

    攻守兼备

    [0] 评论
  • 18楼
    2015-08-09 11:23 天降龙虾

    所以,青蛙的横眼代表被捕食,而九尾的竖眼代表不是吃素的。而鸣人的六道模式眼代表通吃??

    来分析下宇智波一族的眼睛是怎么回事吧??

    [5] 评论
  • 19楼
    2015-08-09 14:29 Sbering

    第一感觉是鳄鱼,然后觉得黑暗中看东西会更清楚……

    [0] 评论
  • 20楼
    2015-08-09 20:40 梦游侠
    引用@阴月 的话:架空生物,话唠,贫血,有bug,装甲薄,德系。

    你真不是《坦克世界》玩家?

    [0] 评论
  • 21楼
    2015-08-09 20:44 IVV万岁

    树居生活需要良好的立体觉和视野,所以瞳孔肯定是以正圆形居多。。

    [0] 评论
  • 22楼
    2015-08-09 20:45 梦游侠
    引用@机动要塞 的话:来来来,分析一下这个

    顺便分析一下这个

    [6] 评论
  • 23楼
    2015-08-09 21:02 BaiyangTX

    那么人类这种圆形瞳孔的代表的是。。。。奇葩?

    [0] 评论
  • 24楼
    2015-08-09 21:12 果壳已是百度_散了吧

    最后一张的意思是,AV专用眼,瞳孔的长成小V的形状了?

    [0] 评论
  • 25楼
    2015-08-09 22:28 金色葡萄 眼科学博士

    赞!


    [0] 评论
  • 26楼
    2015-08-09 22:29 金色葡萄 眼科学博士

    结合这篇一起看就更有意思了

    http://web.stanford.edu/group/moerner/sms_3Dsmacm.html

    [2] 评论
  • 27楼
    2015-08-09 22:44 新社会革命者
    引用@阴月 的话:不要提那个对应6岁小盆友的粗糙玩意。

    War Thunder ?

    [0] 评论
  • 28楼
    2015-08-09 22:46 Gavinhongct

    请教一下,人为什么有眼白而猩猩没有?

    [1] 评论
  • 29楼
    2015-08-09 22:55 深山虫吟

    但是蛙类也有横瞳的啊。。。不如说蛙类什么中二的瞳孔都有

    [0] 评论
  • 30楼
    2015-08-09 23:39 东南西北_5212

    <p>难道不应该是瞳孔大的时候景深小吗?</p>

    [0] 评论

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