秘世界

INVENTION&INNOVATION

头鹰一样在晚间活动，由于它们的眼睛

动物眼睛的奥秘

比较小，这就暗示着这些啮齿动物在进化过程中弱化了视觉，而强化了触觉和在所有感觉器官中，眼睛大概是动物王国中变化最多的。数百万年的进化已经形成了10种以上的动物视力系统，每一种都要特别适应它们各自的需要。

科学家对各种动物眼睛进行了观察，当他们设计人造光学系统时，就可以参照不同的动物眼睛来设计。

弹涂鱼生活在水里，但它们时常爬到岸边的树上，在陆地上呆几个小时，因此，它们的眼睛是典型的陆地型眼睛。而它生活的水域大都是水质混浊的池塘，水下的视力好坏也无关紧要。

鼓虫生活的水域是清澈的，因为它在定居问题上选择了水陆两栖，因此，大自然毫不吝啬地给了它两对眼睛，一对在水里用，另一对浮出水面用。

鼓虫

美洲中部湖泊里一种四眼鱼，能敏捷地跃出水面，捕食正在飞行的昆虫。说它是“四眼鱼”，实际上它只有两只眼睛，这两只眼睛的特别之处在于，瞳孔上下径伸长，并被一层间隔将眼睛横截成两部分，其透明介质上部的折射介质适应于在空气中看东西，眼睛的下半部则适应于水中观察。

鸬鹚等一些鸟类既要在飞行中远望，又需在水中捕鱼时看清近距离的景物。它们可以在极大的范围内调整晶状体的曲率。通常年轻人眼睛的折射率不足15个屈光度，鸬鹚则高达40～50

张信

鸬鹚

个。因此，它们既能在稠密的水草中搜寻小鱼，又能发现高空中盘旋、随时都有可能发动突袭的猛禽。

深海软体动物的眼睛，直径达20厘米，是具有延伸功能的套迭型眼睛。它们的瞳孔很大，可以将尽可能多的光线收入眼帘，在灵敏度极高的感光成分上聚焦。猫头鹰是善于夜战的动物，光线再弱它也能明察秋毫。它看东西所需要的光，强度仅为人眼需求的1/100。

猫眼在黑暗中闪闪发光，狼眼在夜色中阴森恐怖，其实它们的眼睛本身并

不发光，但能反射进入眼睛的月光、星光和其他微弱的光线，并将这些光线汇集于眼睛的后表面上，所以才使它们的眼睛光彩照人。

科研人员认为，眼睛与身体的基本关系能反映每个物种是如何适应、利用自己所在的生存环境，尤其是那些眼睛大小偏离正常标准的动物。例如，以猫头鹰为例，就眼睛与身体的比例来说，它在脊椎动物中拥有最“大”的眼睛，这是适应其在灰暗光线中发现、捕捉灰色动物的需要。

爬行动物与啮齿动物的眼睛一般来说都比较小，而一些啮齿动物却像猫

嗅觉。

就鱼类来说，它们的情况与陆地动物大不一样。专家称，它们并不按一致的方向发展自己的视力。由于水的浮力作用，许多鱼类进化成细长的身体，眼睛有大有小，有的则因为生活在海底黑暗世界里，因此眼睛早就退化了。可以说，鱼的眼睛大小与否也是其生存进化的必然结果。

鸟的眼睛有特别的肌肉，能改变晶体的厚度和角膜的形状。鲸的眼睛有特别的“水压”，通过注水和排水来调压，从而可以让它们的晶体前后移动，使其离视网膜忽远忽近。这种独特系统可以让鲸在水里水外都能看得一清二楚。

章鱼眼的单晶体像洋葱一样分层，每层都有稍微不同的光学特性，以利于章鱼快速聚光，还拥有极大的视野。

昆虫和节肢动物有复眼。复眼由许多单个晶体组成。单个成像单位称为小眼”。比如，蜻蜓为单复眼，其晶体达1万个。有些复眼能同时处理图像，每个晶体传送自己的信号给昆虫或节肢动物的大脑。这使它们快速发现目标和图像识别，这就是为何苍蝇很难打着。

自然界中的一种甲虫能发现80公里以外的森林大火。雌甲虫将卵产在烧过的树上。它们侦探大火并用一个专门的器官，调到特别频率后才能探测到红外光。研究人员正在开发类似的新原料，以探测热量。

章鱼

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发明与创新

2010.06

“

动物眼睛的奥秘

头鹰一样 在晚间活动 ， 由于它们的眼睛　麓姻 圈髓钓露囊　嗅觉 。 　比较小 ， 这就 暗示 着这些 啮齿动物在进　化过程 中弱化 了视觉 ， 而强 化 了触觉和　。 张 信 　在所有感觉器官 中 ， 眼睛大概是 动　物 王 国 中变 化 最 多 的 。数 百 万 年 的进 化　 已 经形 成 了 １ ０种 以 上 的 动 物 视 力 系　就鱼类 来说 ， 它们 的情 况与陆地动　物大不一样 。专家称 ， 们 并不按一致　 它 的 方 向发 展 自己 的 视力 。 由于水 的 浮力　作用 ，许 多鱼类进化成 细长 的身体 ， 眼　睛有 大有小 ， 的则 因为生活在海底黑　 有 暗 世界 里 ， 此 眼 睛 早 就 退 化 了 。 可 以　 因统， 每一 种都要特别适应 它们各 自的需　要。 　科 学家 对各 种动 物眼 睛进 行 了观　 察， 当他 们设计 人造 光学 系统 时 ， 可　 就 以参 照不 同的动物眼睛来设计 。 　 弹涂鱼生活在水里 ， 它们时 常爬　 但到 岸 边 的树 上 ，在 陆 地 上 呆 几 个 小 时 ， 　说 ， 的眼睛大小与否也 是其生存进化　 鱼的必 然 结 果 。 　鸟 的眼睛有特别 的肌 肉， 能改变 晶　体 的厚 度 和 角膜 的形 状 。鲸 的 眼 睛有 特 　别 的“ 水压 ” 通 过注水 和排 水来 调压 ， ， 　 从而可 以让 它们的 晶体 前后移动 ， 使其　因此 ，它们 的眼 睛是典 型 的陆 地型 眼　睛。而它生活的水域大都是水质混浊的　 个。 因此 ， 它们既能 在稠密 的水 草中搜　 离视 网膜忽远忽近。这种独特系统 可以　池 塘 ， 下 的 视 力好 坏也 无 关 紧 要 。 水 　　 寻小 鱼 ， 能发现 高空 中盘旋 、 时都　 让鲸在水里水外都能看得一清二楚 。 又 随 章 鱼眼的单 晶体像 洋葱一样 分层 ， 　鼓 虫生活 的水域 是清澈 的 ， 因为它　 有 可 能发 动 突 袭 的猛 禽 。 　在 定 居 问 题 上 选 择 了水 陆 两 栖 ， 因 此 ， 　以利于　 深海 软体动物 的 眼睛 ，直径达 ２ 　 每层都 有稍微不同 的光 学特性 ， ０大 自然 毫不吝啬地给 了它两对眼 睛 ， 一　 厘米 ，是具有延伸 功能的套迭 型眼睛 。 章鱼快速聚光 ， 还拥有极大的视野 。 　 　对 在 水 里 用 ， 一 对 浮 出水 面 用 。 另 　它们 的瞳孔很大 ， 以将 尽可 能 多的光　 可昆虫和节肢 动物有复 眼。复眼由许　线 收入眼帘 ， 灵敏度极 高的感光 成分　 多单 个 晶体组 成 。单个 成像 单位 称为　 在小 。比如 ， 蜻蜓 为单 复眼 ， 其晶体达　 上 聚焦。猫头鹰是 善于夜 战的动物 ， 光　 “ 眼”万个。 有些复眼能同时处理 图像 ， 每个　 线 再 弱 它 也 能 明 察秋 毫 。它 看 东 西 所 需　 １ 晶体 传送 自己的信 号 给昆虫 或节 肢动　要 的光 ， 强度仅 为人 眼需求 的 １１０　 ／０ 。猫 眼 在 黑 暗 中 闪 闪 发 光 ， 眼 在 夜　 物的大脑。这使它们快速发现 目标和图　 狼这就是为何 苍蝇很难打着 。 　 色 中阴森恐怖 ， 实它们 的眼睛本 身并　 像识别 ， 其 不发光 ，但能反射进入 眼睛的月光 、 星　自然 界 中 的 一 种 甲 虫 能 发 现 ８ ０公　美洲 中部湖 泊里一种 四眼鱼 ， 能敏　 光和其他微 弱的光线 ， 并将 这些光线 汇　 里 以外 的森林大火 。雌 甲虫将卵产在烧　 捷地跃 出水 面 ，捕食 正在飞行 的昆虫 。 集于眼睛 的后 表面上 ， 以才 使它们 的　 过 的树上 。它们 侦探大火并用一个专门　 　 所 说它是 “ 四眼鱼 ”实 际上它只有 两只眼　 眼 睛 光 彩 照人 。 ， 　 睛 ， 两只 眼睛 的特别之 处在 于 ， 这 瞳孔　 的器官 ， 调到特别频率 后才能探 测到红　科研人员认 为 ， 眼睛与身 体 的基本　 外 光 。研究 人员 正在 开发 类似 的新 原　上下径伸长 ， 并被一层 间隔将眼 睛横 截　 关系能反 映每个 物种是 如何 适应 、 以 　 利用　 料 ， 探 测 热量 。成两部分 ， 其透明介质上部 的折射介 质　 自己所在 的生存环 境 ， 尤其是那些 眼睛　适 应 于 在 空 气 中看 东 西 ， 睛 的 下 半 部　 大小 偏离正常标 准的动物 。例如 ， 眼 以猫　则适应于水 中观察。 　头鹰 为例 ，就 眼睛与身体 的比例来说 ， 　鸬鹚 等一 些鸟 类既 要在 飞行 中远　 它在 脊椎 动物 中拥有最 “ 的眼睛 ， 大” 这　望， 又需在 水中捕鱼时看清 近距离的景　 是适 应其在灰暗光线 中发现 、 捕捉 灰色　物。它们可以在极大 的范 围内调整晶状　 动 物 的需 要 。 　体 的曲率 。通 常年轻人眼睛的折射率 不　 爬行 动物 与 啮齿 动物 的 眼睛一 般　足 １ 屈 光度 ，鸬 鹚 则 高 达 ４ ５ 　 来说 都 比较小 ， ５个 Ｏ～ Ｏ 而一些 啮齿动物却像 猫　

动物的眼睛藏奥秘

北极海鹦：我有内置的潜水眼镜

北极海鹦是栖息于北大西洋海岸的一种海鸟，它的水下视力极好。除了常规的上下眼睑外，北极海鹦还有第三只眼睑，当它潜入水下猎食时，这个透明的眼睑就会覆盖住眼角膜，像戴着一副潜水眼镜一样，使其在60米深的水下也能“明察秋毫”。

豹纹守宫：我的眼睛是世界上最敏感的传感器

豹纹守宫是一种有斑点的蜥蜴类动物，它的眼睛配备有极其敏锐的传感器。当人类在干燥难耐的沙漠里被阳光晃得睁不开眼时，这个捕猎者的瞳孔却可以发现轻微抖动的沙砾下藏着的小甲虫，整个过程只需要几毫秒。这一神奇的识别技能至今还是一个谜。它的视觉系统甚至比人类最先进的摄像机还要敏感。

红眼树蛙：我的眼睛有个完美的魔法斗篷

红眼树蛙主要生活在中南美洲的热带雨林中，它那血红的眼睛绝对是自然界的一个大手笔，它的瞳孔颜色随时发出警告信息：“当心，我有毒。”不寻常的眼睛颜色使得猎食者都会犹豫一番，考虑是否要对这个看上去奇怪的雨林土著下毒手。不仅如此，造物者还赋予了它另外一个高明的骗术：在它传统的眼睑边，每一只眼睛都有一层小的保护性的隔膜，能够帮助红眼树蛙在狩猎时掩盖住它那吓人的眼睛颜色。不过，虽然有这套狡猾的伪装，这个可怜的生物却是个高度近视患者，它只能看到距自己15厘米之内的事物。

白头海雕：我能从2000米高的地方看到一只老鼠

白头海雕生活于北美大陆，它的视觉感知度比人类高出4～8倍，能在2000米的高空不费吹灰之力看到一只老鼠。秘密就藏在它的视网膜里：它有比人类多出5倍的视觉细胞，也有视网膜中央凹。这是一个小的中央凹，由紧密堆积的视锥细胞构成，这对于定位猎物来说十分有用。正是眼睛里的这些大量的视锥细胞，使得白头海雕能够在800米远的地方，看到一个水中的猎物。它的猎捕精准率更是高达90%，这使它无愧于“猛禽之王”的称号。

动物的眼睛藏奥秘

　　由于捕猎的需要，动物的眼睛进化得十分敏锐。一些动物甚至能从1000米开外识别出一只小老鼠，另一些则可以开启完美的夜视模式。现在就随着我们的摄像机镜头，一起探索世界上这些奇特的视力高手吧。 　　北极海鹦：我有内置的潜水眼镜 　　北极海鹦是栖息于北大西洋海岸的一种海鸟，它的水下视力极好。除了常规的上下眼睑外，北极海鹦还有第三层眼睑，当它潜入水下猎食时，这层透明的眼睑就会覆盖住眼角膜，像戴着一副潜水眼镜一样，使其在60米深的水下也能“明察秋毫”。 　　豹纹守宫：我的眼睛是世界上最敏锐的传感器 　　豹纹守宫是一种有斑点的蜥蜴类动物，它的眼睛配备着极其敏锐的传感器。当人类在干燥难耐的沙漠里被阳光晃得睁不开眼时，这个捕猎者的瞳孔却可以发现正在轻微抖动的沙砾下藏着的小甲虫，整个过程只需要几毫秒。这一神奇的识别技能至今还是一个谜。并且它的视觉系统甚至比人类最先进的摄像机还要敏感。 　　红眼树蛙：我的眼睛有个完美的魔法斗篷 　　红眼树蛙主要生活在中南美洲的热带雨林中，它那血红的眼睛绝对是自然界的一个大手笔，它的瞳孔颜色随时发出警告信息：“当心，我有毒。”不寻常的眼睛颜色使得猎食者都会犹豫一番，不仅如此，在它传统的眼睑边，每一只眼睛都有一层小的保护性的隔膜，能够帮助红眼树蛙在狩猎时掩盖住它那吓人的眼睛颜色。不过，虽然有这套狡猾的伪装，这个可怜的生物却是个高度近视患者，它只能看到距自己15厘米之内的事物。 　　白头海雕：我能从2000米高的地方看到一只老鼠 　　白头海雕生活于北美大陆，它的视觉感知度比人类高出4～8倍，能在2000米的高空不费吹灰之力看到一只老鼠。秘密就藏在它的视网膜里：它有比人类多出5倍的视觉细胞，也有视网膜中央凹。这是一个小的中央凹，由紧密堆积的视锥细胞构成，而这些大量的视锥细胞，使得白头海雕能够在800米远的地方，看到一个水中的猎物。它的猎捕精准率更是高达90%，这使它无愧于“猛禽之王”的称号。 　　陈金峰摘自《大科技（百科新说）》

动物眼睛隐藏的奥秘

在所有感觉器官中，眼睛大概是动物王国中变化最多样的。数百万年的进化已经形成了10种以上的动物视力系统，每一种都要特别适应它们各自的需要。

科学家对各种动物眼睛进行了观察，当他们设计人造光学系统时，就可以参照不同的动物眼睛来设计。从鸟类到昆虫，从鲸到鱿鱼，科学家从动物王国的所有成员中获得灵感，以设计高性能的人造眼睛。

猫头鹰善于夜间战斗

动物眼睛，千奇百怪。

弹涂鱼生活在水里，但它们时常爬到岸边的树上，在陆地上呆几个小时，因此，它们的眼睛是典型的陆地型眼睛。而它生活的水域大都是水质混浊的池塘，水下的视力好坏也无关紧要。

鼓虫生活的水域是清澈的，因为它在定居问题上选择了水陆两栖，因此大自然毫不吝啬地给了它两对眼睛，一对在水里用，另一对浮出水面用。

美洲中部湖泊里的一种四眼鱼，能敏捷地跃出水面，捕食正在飞行的昆虫。说它是“四眼鱼”，实际上它只有两只眼，这两只眼睛的特别之处在于，瞳孔上下径伸长，并被一层间隔将眼睛横截成两部分，其透明介质上部的折射介质适应于在空气中看东西，眼睛的下半部则适应于水中观察。

鸬鹚等一些鸟类既要在飞行中远望，又需在水中捕鱼时看清近距离的景物。它们可以在极大的范围内调整晶状体的曲率。通常年轻人眼睛的折射率不足15个屈光度，鸬鹚则高达40~50个。因此，它们既能在稠密的水草中搜寻小鱼，又能发现高空中盘旋、随时都有可能发动突袭的猛禽。

深海软体动物的眼睛，直径达20厘米，是具有延伸功能的套迭型眼睛。它们的瞳孔很大，可以将尽可能多的光线收入眼帘，在灵敏度极高的感光成分上聚焦。猫头鹰是善于夜战的动物，光线再弱它也能明察秋毫。它看东西所需要的光，强度仅为人眼需求的1/100。

猫眼在黑暗中闪闪发光

猫眼在黑暗中闪闪发光，狼眼在夜色中阴森可怖，其实它们的眼睛本身并不发光，但能反射进入眼睛的月光、星光和其他微弱的光线，并将这些光线汇集于眼睛的后表面上，所以才使它们的眼睛光彩照人。一类是复眼，另一类是相机眼。

人眼是典型相机眼

人类的眼睛是典型的相机型眼，用一个单镜头（眼珠）将图像聚焦到光敏感的视网膜上。其他自然界中的相机型眼有的还能伪装，而我们的眼睛却不能。

比如，鸟的眼睛有特别的肌肉，能改变晶体的厚度和角膜的形状。鲸的眼睛有特别的“水压”，通过注水和排水来调压，从而可以让它们的晶体前后移动，使其离视网膜忽远忽近。这种独特系统可以让鲸在水里水外都能看得一清二楚。

章鱼眼的单晶体像洋葱一样分层，每层都有稍微不同的光学特性，以利于章鱼快速聚光，还拥有极大的视野。雷卢克他们制造的晶体与这些相机型眼睛相似，通过改变特殊水室的液压来调焦。这些被称为“微型双重”晶体具有2种不同的形状，两边都彼此鼓起或都向一边弯曲，以调节焦距和视野。像这样的晶体可用作细胞相机、体内医学图像仪和光学图像贮存等。

相机型眼的动物通过不同方式来调节其晶体，以看清不同距离的目标。虽然科学家早就知道相机型眼的每个部分的功能，但要制造一个功能全面的人造眼睛还有很长的路要走。

科学家正在向自然界中发现的另一种眼睛——复眼进军。昆虫和节肢动物中有复眼。复眼由许多单个晶体组成。单个成像单位称为“小眼”。比如，蜻蜓为单复眼，其晶体达1万个。有些复眼能同时处理图像，每个晶体传送自己的信号给昆虫或节肢动物的大脑。这使它们快速发现目标和图像识别，这就是为何苍蝇很难打着。

从动物眼睛上寻找灵感

新的显微加工技术可以让研究人员生产微型人造复眼。雷卢克他们已经制造出了人造小眼，每个小眼都有一个微型晶体连在管状的波导管上，以将光传送给光电子图像仪。他们还已经将“小眼”排成圆屋顶，到时可用以制造能看360度的装置。

如今，科学家正在探测自然界的视觉系统，看看是否能从动物中找到关键工程问题的解决办法。比如，目前的红外线传感器虽然比人眼更厉害，但它们需要复杂的冷却系统才能工作。

当雷卢克为下一代光学仪器的开发寻找灵感时，他想到了龙虾、苍蝇和章鱼。他与其他生物工程师借鉴动物来设计人造视觉系统，以用于高科技的相机、运动探测器、无人控制导航仪和人造视网膜植入。不过，自然界的视网膜可以弯曲，而人造的则不行。

自然界中的一种甲虫能发现80公里以外的森林大火。雌甲虫将卵产在烧过的树上。它们侦探大火并用一个专门的器官，调到特别频率后才能探测到红外光。研究人员正在开发类似的新原料，以探测热量。

研究人员在仿造眼睛上取得如此大的进步，主要原因之一是他们能制造柔韧的聚合体和塑料。活生生的眼睛和其他器官由天然的长链分子制成，因此，人造聚合体具有很多的感官能力。雷卢克他们能用快速成模办法让聚合体成为三维模型，使他们的装置具有弹性。

背景知识

猫头鹰的眼为何那么“大”？

科研人员认为，眼睛与身体的基本关系能反映每个物种是如何适应、利用自己所在的生存环境，尤其是那些眼睛大小偏离正常标准的动物。例如，以猫头鹰为例，就眼睛与身体的比例来说，它在脊椎动物中拥有最“大”的眼睛，这是适应其在灰暗光线中发现、捕捉灰色动物的需要。

研究人员还发现，爬行动物与啮齿动物的眼睛一般来说都比较小，而一些啮齿动物却像猫头鹰一样在晚间活动，由于它们的眼睛比较小，这就暗示着这些啮齿动物在进化过程中弱化了视觉，而强化了触觉和嗅觉。

就鱼类来说，它们的情况与陆地动物大不一样。专家称，它们并不按一致的方向发展自己的视力。由于水的浮力作用，许多鱼类进化成细长的身体，眼睛有大有小，有的则因为生活在海底黑暗世界里，因此眼睛早就退化了。可以说，鱼的眼睛大小与否也是其生存进化的必然结果。

(来源：北京科技报)

(本站编辑：刘玞珪)

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