为啥汪星人是色盲，人类不是？

你有一双非凡的眼睛，你妈妈也是。事实上，我们人类和我们的灵长类亲属(如黑猩猩)有着极好的眼睛。说“优秀”并不意味着美丽(我当然相信你的眼睛是美丽的)，而是因为它们富含视锥细胞。锥体细胞是眼睛中的感光细胞。你能分辨各种各样的颜色，而你的狗却不能，原因在于锥体细胞之间的差异。最近，人们发现狗的色盲起源于恐龙时代，这表明对于哺乳动物来说，眼睛是进化史的一个窗口。

像大多数哺乳动物一样，狗是色盲。(照片来源:m.miles/flickrf)

不同生物的眼睛发展出不同的形状、不同的机制和不同的能力。昆虫有着惊人的复眼，可以将多个光接收单元组合在一起，生成环境的合成图像。他们的复眼甚至在形状上也各不相同——从并列到重叠，从抛物线到多面体。

作为哺乳动物，我们比昆虫的复眼更熟悉非复眼。非复眼的结构也太多了以至于看不到:坑眼就像它们的名字一样--一个简单的眼点被放在一个"坑"里，也许类似于最早的非复眼。具有球形和多焦点透镜的眼睛可以产生更清晰的图像，这种眼睛存在于腹足类动物(如蜗牛)和头足类动物(如章鱼)中。大多数陆生脊椎动物，包括哺乳动物、爬行动物和鸟类，都有带折射角膜的水晶眼，包括一个凹透镜，可以将投射在眼睛背面的图像放大到视网膜上进行处理。视网膜由一片感光细胞组成，感光细胞可以将光产生的信号通过视觉神经传递给大脑。这是动物视觉的基本原理。

在动物世界里，眼睛有许多形状和大小。(照片来源:维基共享)

动物眼睛不断变化的复杂性经常被神创论用作上帝神圣指引的标志:如此复杂的事物怎么会从一系列随机突变的积累中诞生？半只眼睛有什么用？然而，对眼睛进化“不完全或不存在”的解释没有考虑到在漫长的进化过程中各种动物视觉机制的多样性和复杂性。

在漫长的生命长河中，眼睛已经独立进化了至少40次。换句话说，所有动物的眼睛不是从同一个祖先的眼睛进化而来的，而是不同的眼睛从多个动物分支的多个祖先独立进化而来的。在许多不相关的动物物种中，类似的结构重复出现并不罕见，甚至是意料之中的。毕竟，我们和其他动物有着相同的基本生化成分，而且还会受到代代相传的随机突变的影响。因此，在不同物种的许多动物中“偶然发现”同样的发育过程也就不足为奇了。如果它碰巧是有益的，它很可能会流传下来，因为它增加了动物的生存概率。对于活着和移动的动物来说，眼睛是生存最有益的身体特征之一。

眼睛进化图。(照片来源:matatucus 78/wikimedia commons)

脊椎动物的感光细胞主要分为两类:锥细胞和杆细胞。锥形细胞对光不太敏感，但它们可以通过检测不同光的峰值波长来帮助动物辨别颜色。杆状细胞在弱光环境下更敏感，但这是以低清晰度为代价的。动物世界中不同眼睛的视网膜包含不同数量的杆状细胞和锥形细胞。你可能认为杆状细胞应该首先出现，然后进化成更复杂的能够区分颜色的锥形细胞——就像黑白照片比彩色照片出现得更早一样，但事实并非如此:类似于锥形细胞的光感受器首先出现，然后进化成杆状细胞。视网膜中的杆状细胞甚至使用锥体细胞回路。

大多数脊椎动物，如鱼、鸟和爬行动物(当然还有恐龙)的视网膜上有大量的视锥细胞，因此它们可以检测到各种颜色。然而，哺乳动物的视锥细胞较少，而是被大量的视杆细胞取代，因此颜色分辨率减弱，夜视能力非常好。一般来说，哺乳动物的色盲被称为红盲。他们无法区分光谱的红-黄-绿部分(见下图)。灵长类动物是为数不多的拥有良好色觉的哺乳动物之一，这要归功于我们祖先产生的视蛋白基因的额外拷贝。类视黄醇是视网膜感光细胞中的感光蛋白，可以将光转换成电信号。我们的祖先产生的这种基因复制使他们能够辨别颜色，这可能为他们提供了在森林环境中寻找成熟果实的生存优势。

正常(上)和红盲(下)眼睛的色谱图(图像来源:Saveatreeeatavegan/维基共享)

为什么大多数哺乳动物眼中的世界没有颜色？科学家认为，杆状细胞在哺乳动物视网膜中的主导地位可以追溯到大约2.25亿到6500万年前(中生代)。那时，地球的统治者是像恐龙一样的爬行动物，但是最早的哺乳动物也起源于那个时候。它们繁荣于中生代，不仅与它们的远亲一起存活了1.5亿年，而且在白垩纪末期灭绝了大量其他脊椎动物。

尽管它们成功地与中生代爬行动物一起生活了1.5亿年，但这一经历也对早期哺乳动物产生了深远的影响。这些哺乳动物身材娇小:很少有比狐狸大的，大多数都小得多。然而，专注是关键。这些哺乳动物的先驱已经成功地利用了与今天的小型哺乳动物相同的生态位:像鼹鼠一样挖洞，像松鼠一样爬树，或者像水獭一样游泳。但是有一个变化对他们的视力有直接影响:晚上生活。

人们认为选择夜间活动是我们哺乳动物祖先最伟大的创新之一。夜间旅行增加了对气味的依赖，这是大脑容量增加的原因之一。毛皮的生产也使它们能够忍受一天中最冷的时期。那时，大多数爬行动物可能在白天行走(在白天移动)，而夜晚只留给害羞的哺乳动物。哺乳动物进化的这一时期被称为“夜间瓶颈”。任何增强暗视觉的基因突变都能给这些动物带来独特的生存优势。

所以我们的哺乳动物祖先获得了夜视能力。

獾是许多仍受益于急性夜视的哺乳动物之一。(照片:阿拉米)

以上对哺乳动物色盲的解释不仅仅是猜测:最近的一篇论文提供了支持这一理论的生物学证据。科学家通过研究小鼠早期胚胎时期调节杆状细胞发育的基因表达，然后与斑马鱼进行比较，发现了哺乳动物锥体细胞转化为杆状细胞的生物学机制。这一机制的证实为早期动物成为夜间专家的理论提供了重要支持。

夜视、大脑体积的增加以及牙齿和骨骼的一些变化促成了哺乳动物的巨大成功。这些进化优势使它们能够发展独特的生态位，在一百万年前与恐龙一起繁荣，并最终超越它们。随着恐龙霸主的消失，哺乳动物主宰了这一天，它们的体型大大增加，物种也变得越来越多样化。

结论:你的虎皮鹦鹉比你的狗能分辨更多的颜色，因为它们的远祖恐龙和早期哺乳动物为了生存而竞争。灵长类动物已经恢复了辨别更广范围的能力，但是我们的基因中仍然有夜间活动留下的痕迹:基因线索指向曾经有利于生存的基因突变。(作者:埃尔莎·潘奇洛利译:审校:秦)

参考:

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