身體會看東西的脆海星

事實證明,眼睛對於視覺來說不是必需的

藍色海綿上的脆海星。

脆海星(一種具有巴洛克風格的海星親戚)細長彎曲的觸手與其身體的其他部分有著令人驚訝的關係。

它的觸手或多或少地獨立運作,感知自身的環境,並自行決定如何對其做出反應。它們僅由動物核心中的神經環鬆散地協調。單個脆海星幾乎就像五個共同連線的動物,它們對去哪裡、吃什麼以及製造小脆海星有著共同的興趣。

然而,現在看來,至少有一種生物的生物學特性更加奇怪:Ophiocoma wendtii 的整個身體似乎都能夠形成模糊但可用的影像,就像一隻蠕動但又奇怪地可愛的索隆之眼。


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更奇怪的是。

這種全身視覺在夜間熄滅,此時動物對光的敏感性反而增加,其栗色身體變為米色。這種動物如何以及為何具有這些奇怪的特徵是1月份發表在《Current Biology上的一項研究的主題。

為了看到東西,生物學家需要空間視覺。僅僅檢測到光是不夠的;必須形成影像。幾乎所有動物都能感知光。但只有少數能夠看到東西。

傳統上,誰能看到東西以及誰不能看到東西是很明顯的,因為生物要麼有眼睛,要麼沒有。然而,最近,無脊椎動物生物學家意識到,眼睛對於視覺來說可能是可選的。

2018年,科學家報告稱,棘刺海膽 Diadema africanum顯然能夠在沒有眼睛的情況下分辨影像——這種概念被稱為“眼外視覺”。然而,他們不明白這是如何實現的。

然後,牛津大學自然歷史博物館的勞倫·薩姆納-魯尼領導的一支歐洲和美國科學家團隊開始懷疑,儘管 O. wendtii 明顯缺乏眼睛,但它也可能能夠看到東西。

他們透過將脆海星放置在競技場中央進行測試,競技場周圍的牆壁一側有黑色條紋,以模擬庇護所。最終到達黑色條紋處的脆海星比偶然預期的要多。然而,經過黑暗適應的米色 O.wendtii 無論是在熒光燈還是日光照射下,都無法以超過偶然的速率找到這些黑色條紋,這似乎排除了光強度或晝夜節律作為解釋。

這種行為組合特別令人困惑,因為近親 O. pumila 擁有所有相同的光檢測裝置,但是當放置在相同的競技場中時,這些動物最終在一天中的任何時間隨機分佈。它們是瞎的。

然而,該團隊知道,兩種脆海星的身體上都佈滿了稱為 視蛋白 的光感受器。O. pumila 可能看不到東西,但它可以感知光;當暴露在光線下時,它會躲藏在沙子或縫隙中,就在它所在的位置。另一方面,O.wendtii 會迅速跑到最近的庇護所。唯一明顯的區別是 O. pumila 永遠不是紅色的。紅色對於視覺有什麼影響呢?

為了能夠形成影像,光感受器需要方向性。如果您無法分辨光線來自哪個方向,那麼您就無法真正推斷出特定位置的世界是什麼樣子。因此,視覺在光感之後的首要要求是某種篩選機制,以便任何給定的感受器都知道來自特定位置的光線以這種量到達。

一種篩選光線的方法是(duh)防曬霜。色素是天然的防曬霜,O. wendtii 白天被紅色的色素包囊(稱為色素細胞)覆蓋。在晚上,色素細胞會收縮。當科學家掃描兩種脆海星物種並測量每種動物的光感測器的視野時,他們發現部署的色素包囊透過物理阻擋光線來縮小視野。在 O. wendtii 中,當色素細胞閃耀時,角孔徑從大約 118 度縮小到 68 度。

如果 O. wendtii 的光感測器具有方向性,那就解釋了廣泛分散在其整個身體上的陣列如何形成影像。它的整個身體確實是一隻眼睛。但是形成的影像對我們來說可能非常奇怪。脆海星不是像海膽一樣的球體。它是五個不規則的觸手連線到一個協調的核心。人類甚至如何開始思考這樣一個陣列形成的影像可能是什麼樣子?

科學家試圖重建他們測量的解析度推斷出的珊瑚礁影像。在最佳情況下,會顯示一個深灰色模糊條紋,背景為淺灰色。當然很粗糙,但對於有動力的脆海星來說,可能足以到達不被吃掉的最基本位置。

由於色素細胞阻擋光線,這也解釋了為什麼它們的一般光敏感性在夜間得到改善,這很方便,因為那時視覺可能無論如何都是不可能的。

有趣的是,擁有如此奇怪的世界感知系統的動物屬於與脊椎動物最親近的主要動物類群。關係更遠的動物——強大的節肢動物(例如,昆蟲和龍蝦)和軟體動物(例如,章魚和魷魚),最重要的是——擁有眼睛。甚至一些海星也擁有真正的眼睛:擠進管足的複眼,或簡單的 眼點(對於海星來說,好好觀察的壓力可能更大,因為它們是活躍的獵食者)。

在不僅一種而且是兩種如此近親(海膽和脆海星一樣,都是棘皮動物)中發現這樣一種替代視覺系統似乎令人驚訝且違反直覺。另一方面,一組具有輻射對稱性對被切成兩半表現出明顯漠不關心的動物是脊椎動物最親近的主要親屬,這也是令人驚訝的,這一點已被多次指出。

在脊椎動物中,許多魚類、兩棲動物和爬行動物 有第三隻眼並且 至少有一種有第四隻眼鰈魚 的眼睛會在身體周圍移動。許多脊椎動物(包括哺乳動物)除了眼睛外,還擁有光感受器。如果脊椎動物由於某種原因採用了輻射對稱性,我們是否會在我們自己的隊伍中看到同樣令人驚訝的視覺方式?

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