鱼眼中的世界科普中国—科学原理一点通 2016-10-13 |
看到游弋在水中的鱼儿,我们不禁会问:鱼儿眼中的世界是怎样的,与人类看到的一样吗?
鱼眼镜头拍摄的照片
首先,让我们来了解鱼的眼睛结构。与人眼相比,鱼眼结构简单,既没有眼睑(不能闭眼),也没有泪腺(不会流泪)。此外我们都知道,人类主要依靠眼中的睫状肌调节富有弹性的扁圆形晶状体的凸度,从而改变焦距,使我们能够看清远近不同的物体。而鱼的晶状体是缺乏弹性的圆球形,只能靠肌肉前后拉动来调节焦距,因此鱼眼的调节能力比人眼差得多,可说是天生的“近视眼”,常常只能看到1-2米内的物体。但是,因为鱼能借助水的折射作用看到空气中的东西,所感觉到的物体距离比实际距离近得多,因此能较早发现岸上的情况,也能感觉到人在水边行走。如果想要钓到鱼,最好不要在岸边走来走去。
比目鱼
其次,鱼眼的位置也与人类大相径庭。人的双眼相对靠近,大致处于同一平面;而绝大多数鱼类的眼睛生在头部两侧,并突出于眼眶,这决定了它的视野比人类广阔得多。鱼的单眼可以在水平面上看到60-180度范围,垂直面则可看到150度范围,因此它们既不必扭头,也不用低头,就能轻松洞悉身后和下方的风景。而人类双眼尽管水平视角最大可达188度,但单眼舒适视域为60度,即只有这60度范围内的物体才能看清,其余部分俗称“眼睛的余光”,是无法看清的。同时,人眼的垂直视角约为80度,在视野的广度上无法与鱼眼匹敌。受鱼眼启发,人们设计了一类焦距极短而视场角超大(可达140-270度)的超广角光学镜头,称为“鱼眼镜头”,在天文、气象、军事、医疗等领域均有重要应用。
在漫长的进化过程中,不同种类的鱼眼具备了不同的特点。比目鱼生活在海底,经常侧卧在底沙上,其两眼都长在身体向上的一面,这与只需防备上面的敌害和获取附近的食物有关。中美洲和南美洲水域中生活着一种热带“四眼鱼”,它们并不是真的拥有四只眼,而是在眼球内有一道由上皮细胞构成的隔膜通过角膜,同时虹膜又生出两个突起,从中间横亘瞳孔,将眼睛分为上下两部分,因此看上去就像有四只独立的眼睛。这种鱼常常停留在水面上层,眼中的隔膜刚好与水面相平,使得眼睛上半部露出水面,下半部埋在水中,它便既能上视空中的昆虫,又能俯瞰水下的鱼虾,从容进行捕食。
盲鱼
此外,不同鱼类视网膜上的视锥细胞和视杆细胞数量比例不同。视锥细胞主要感受正常强度的可见光和分辨颜色,视杆细胞则对弱光反应敏感,二者在视网膜上分布的比例决定了眼睛对色彩和光强的感知。生活在距水面100米以内的鱼类,其视网膜中视锥细胞较多,因此能够敏锐地感受射入水中的可见光。随着水深逐渐增加,鱼类的视网膜结构会向两种不同方向发展:一类鱼的视锥细胞会逐渐减少,视杆细胞则会相应地增生,这样就能在较深的昏暗水域中辨别物体的轮廓和方向。有些在清晨或黄昏时较活跃的鱼种,如石斑鱼,其视网膜上视杆细胞比例也远比视锥细胞高。另一类鱼则有选择地舍弃部分视锥细胞,保留下能感受波长较短、穿透性较强的蓝光的视锥细胞。这样的视网膜结构可使鱼最大限度地分辨色彩。而生活在水深1600米上下的鱼类完全没有视锥细胞,其整个视网膜都充满了视杆细胞。因此,可以说鱼儿眼中的世界因它所处的深度而不同:离水面越近,色彩越丰富;离水面越远,世界越单调。还有些洞穴鱼类由于特殊的生活环境,干脆完全丧失了视力,被人们统称为“盲鱼”。
现在,你知道鱼儿眼中的世界与我们大不相同了吧!
(作者:中国人民大学附属中学朝阳学校 张岚)
责任编辑:lijia
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