SENSE隨筆160111
第一隻眼的誕生
礎執筆
「她的眼光,她的眼光,好似好似星星發光, 睇見,睇見,睇見,睇見,心慌慌」。眼光除了可令人心慌外, 也有可能引發生物界的劇烈競爭, 造成演化史上的物種爆發。
〈寒武紀大爆發〉
「寒武紀(一個地質年代)大爆發」指 5億4千300萬年前, 動物界在瞬間(以地質角度考量)首次形成主要的硬質構造, 並出現各色各樣外形的一個事件。**** 至今學界對其成因尚未有一致的看法。
演化可分「微觀演化」(個別物種長時間的逐步演化)和「宏觀演化」(物種總集短暫但豐富的爆發性演化)。寒武紀大爆發屬於宏觀演化。
在大爆發稍後的區區500萬年, 地球上動物界已備足跟現今相同的38個「門」。可以說整個動物界就在大爆發的一瞬間定型, 且其形態維持至今不變。 ***
目前的生物分類法可去到9個層級, 即: 界–門–亞門–綱–目–亞目–科–屬–種。
舉例：「粗糙鼠婦」便是歸類為 動物界、節肢動物門、甲殼亞門、軟甲綱、等足目、潮蟲亞目、鼠婦科、鼠婦屬、粗糙鼠婦種。
留意各動物門的界定是以體內組織為基礎, 即依據的是解剖結構而非外形。而寒武紀大爆發指的是只影響物種外部構造的一個事件, 即「門」之後層級的演化事件。***
要研究古生物的演化進程, 「化石」是最主要的途徑。化石的形成過程大概如下：生物的屍體被微生物分解之前, 就已被埋在某種物質之中, 並且底質的礦物質取代了生物體內的有機物質。由於置換物質的類型不同於底質礦物質, 於是形成一種可辨認的印記。***
此外, 還有「生痕化石」(由古代動物遺留下來的痕跡, 例如腳印), 和 琥珀均是研究古生物的主要途徑。(筆按: 難以想像古物學家如何利用化石便能將生物分類, 已成化石仍能判別其內外結構?)
〈目光如炬〉
據現時的科學知識, 光是電磁波的一種, 人類肉眼可見的某頻率的電磁波稱為「光」。當光線照射在不同物質上面時, 部份頻率的電磁波會被吸收, 沒被吸收的則會反射回來, 這種反射回來的電磁波以肉眼觀察, 便形成「顏色」。
在生物身上, 要體現顏色主要有兩大形式— 色素和結構色：
- 色素即利用不同的化學物質, 吸收並反射不同頻率的電磁波從而形成顏色。
- 結構色可再細分兩大類：
一類是利用「薄膜」之中不同物質的折射能力, 再加上光的 干涉interference特性, 從而形成顏色。(通常表現出來的為 彩虹色。)
另一類則是以細微結構, 形成「光柵」, 從而引發光的繞射diffraction和干涉, 然後形成顏色。(筆按：薄膜和光柵原理的詳情, 請參閱專業的光學書籍, 或請教許博士。)
對生物來說，顏色需要一個能偵察光的器官才具有意義，而生物要長有「眼睛」才能觀察到光。 最原始的時候, 生物尚未具備眼睛, 在偶然機會下, 受到光的刺激而誕生了「感光細胞」, 這是眼的根源。久經演化之後, 形成了 針孔眼、鏡眼、相機眼這類「單眼」的結構, 以及 並置眼、疊置眼一類的「複眼」結構。各種不同設計的眼睛, 無論是否具備 水晶體(晶狀體 Lens), 均有把光聚焦到 視網膜的功能,差別只在於效能。
食物鏈上處在不同位置的生物會有不同的視野需求。
作為食物鏈下層的獵物, 最重要的是避免被吃掉, 所以更廣闊的視野會比較重要, 影像未必需要太清晰, 只要能辨認出危險便可, 所以眼睛一般會長於頭的兩側。***
而作為食物鏈上層的捕獵者, 則不太在意較狹窄的環境範圍, 能夠精確定位目標,並能判斷與獵物的距離才是重點, 所以眼睛一般會長在頭部的前方。因此, 憑生物眼睛的生長位置, 其實已能得悉它的生存定位： “吃”還是 “被吃”。
以視力作為偵察獵物和逃避危險有以下優點：
A在地球, 光始終存在, 無法忽略, 生物並不需要花費額外的能量來製造所需的要訊號, 只需配備能測量光線的眼睛便可。(相比之下,蝙蝠需要額外發出聲波.)
B光速是最快的, 能提供最迅速的訊息回饋, 只要有光, 就能馬上作出判斷。
C被光照射而產生的影像可傳送至很遠的距離。e.g.獵鷹在高空已可看見地上的兔子。
〈萬變不離光〉
有了視力之後, 無論是獵物還是捕獵者均更具備偵測對手的能力, 於是生物之間的演化競爭變得更加激烈。*** 由於雙方一早便能偵測到對方的存在, 所以各種追逐、逃生、防禦等演化策略應運而生。例如生物會發展出各種有利提高速度的肢體, 堅硬的防禦外殼, 甚至是針對視力的外形、顏色偽裝。
又因為競爭更為激烈, 刺激了生物的多樣性。有關的證據可從現存的生物棲境中找到。
只要還是有光的時候, 就算只有月光的晚上, 夜行生物依然是多樣的, 而且仍然會著重視力的發展, e.g.貓頭鷹有一雙特別巨大的眼睛。就算是深海, 雖然剩下的只有藍光, 大眼睛仍是不少生物的選擇, 而紅色則是深海生物的保護色(只有藍光的環境, 紅色的物體會把光線全部吸收, 不會反映出任何顏色)。不過隨著深度不斷增加, 光線進一步的減少, 生物的種類則變得越來越少。
在全黑的環境, 洞穴、海底洞穴、地底, 光線不再存在, 就算是原本長有眼睛的生物, 也會「退化」 至沒有眼睛, 以節省資源。在全黑的環境, 生物之間較難探測到對方的存在, 生物之間能否相遇, 靠的很多時只是運氣。 由於吃與被吃的競爭大大減低, 演化策略變為以節省資源為準, 生物的種類亦變得相當有限。
自地球誕生以來, 光就一直存在。化石證據顯示「三葉蟲」是地球上第一隻長有眼睛的生物。「光開關理論」 從化石證據和現存的生物種類出發, 按邏輯推理, 指出動物長有眼睛以後, 在「趨同演化」(不同的生物, 以類似的基本建構原料, 獨立演化成相同功能的類似器官.)之下, 物種競爭變得激烈, 因而引致「寒武紀大爆發」。*****
寒武紀大爆發這種億年之前的事件, 要知道出現的成因並不是易事, 無論學者提出如有力的推論, 也不能百分百肯定事情的真相。不過說到底, 對一般大眾來說, 真相如何並不重要,重要的是這種求知精神如何刺激人類去思考, 正如光刺激生物去演化。
參考書目: 《第一隻眼的誕生 In the Blink of an Eye》 (2010) Andrew Parker