科学家发现有些动物没有眼睛也能“看见”东西

鱿鱼皮肤色素细胞可以检测光线。(照片来源:亚历山德拉·金斯顿)

我们人类是视觉动物。我们这些被赋予正常视力的人通常认为眼睛对于如何体验世界至关重要。

视觉是光感知的高级形式，即光感知。但是我们也会在日常生活中体验到其他更基本的光感。例如，我们都知道当温暖的阳光照射在皮肤上时，我们会感到快乐。在这种情况下，热取代了光，所以眼睛和其他特殊的感光细胞是不必要的。

然而，近几十年来，科学家发现包括人类在内的许多动物都有特殊的光探测分子，而且它们位于眼睛以外意想不到的地方。这些“眼外光感受器”通常存在于中枢神经系统或皮肤中，但也存在于内脏器官中。这些光敏分子在眼睛外面干什么？

视觉依赖于探测光

所有用于识别动物的视觉细胞都可以通过一种叫做视蛋白的蛋白质家族来检测光线。这些蛋白质从维生素A中获得一种光敏分子，当暴露在光线下时，维生素A会改变其结构。相应地，视蛋白也会改变自身的形状，打开感光细胞中的信号通路，最终向大脑发出光被探测到的信息。

在脊椎动物中，检测光的细胞形状像杆状或锥形，所以它们通常以它们命名。

科学家们长期以来认为，视杆和视锥几乎是哺乳动物视觉的主要依赖。因此，当大卫·贝尔松在布朗大学发表了一组关于视网膜对光的反应的研究时，业界都吃了一惊。

更奇怪的是，许多实验室发现表明这些细胞含有一种新的蛋白质，叫做黑色素，它似乎不参与有意识的视觉。

我们很难称这些蛋白质为眼外蛋白质，因为它们在眼睛里。相反，它们通常被称为“非视觉”光感受器。

所以现在我们知道许多动物都有非视觉光感受器。我们还能在哪里找到他们？

不是在眼睛里寻找感光细胞

一般来说，识别潜在的眼外感光细胞意味着寻找一种能检测光的蛋白质，即光蛋白。研究人员将细胞暴露在光线下，以寻找电信号的变化或动物活动的变化。

科学家发现眼睛外最常见的感光细胞位于中枢神经系统。

黑色、棕色或颜色鲜艳的斑点常见于头足类动物，如章鱼、鱿鱼和乌贼。动物控制它们的颜色或图案有几个原因，最常见的是伪装(匹配背景颜色和图案)，然后产生明亮和显著的信号来攻击或吸引配偶。

令人惊讶的是，除视蛋白外，还有第二种光敏分子，但它从未用于视觉(据我们所知)。它们出现在一些神经结构中，如一些昆虫的大脑或触角，甚至鸟类的视网膜。我们称之为隐色。这种分子首先在植物中发现。它们控制植物的生长和每年的生殖变化。

为什么光能在眼睛外面被探测到？

既然我们知道这些光感受器遍布动物，它们在做什么？显然，它们的功能取决于它们的位置。

典型的功能包括每天醒来，体温等。此外，它还包括维持生物钟的正常生理周期和造成时差不适。这些探测器对于眼睛瞳孔的打开和关闭也很重要。它们有助于调节不同的亮度。像鱼或章鱼这样的皮肤感光细胞经常被用来控制颜色和图案的变化。

在一些动物中，这些光感受器有一个完全不同的惊人任务——提供磁性感觉，也就是说，探测地球磁场的能力。

人类也有非视觉光感受器

由于在哺乳动物视网膜中发现了光敏视网膜细胞和视锥细胞，同样，人类也必须使用这种非视觉途径来控制行为和功能。

即使是功能性失明的人，瞳孔的大小也会随着光线的变化而变化。2007年发表的一项英美联合研究发现，由于遗传疾病而失去所有视锥和视锥的病人的瞳孔仍然是反射性的。当显示蓝光时，病人甚至可以反馈他的“亮度”感觉。

最后，研究人员还发现，老鼠的血管含有黑色素，这是视网膜的非视觉光敏蛋白。这种光敏蛋白可以调节血管的收缩和舒张。因此，这可以解释为什么心脏病发作的概率在早上增加，这可能与当时的血压变化有关。

我们都知道，非视觉光检测是无处不在的，在动物生活中具有重要意义。未来的研究将继续揭示它对人类健康和幸福的影响。

这篇文章首先发表在《对话》杂志上。

蝌蚪工作人员由科学美国人编译，翻译土豆同学，转载必须授权