@ 2015.08.09 , 08:15

看脸的世界:从眼睛形状判断掠食者还是猎物

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山羊(左)和马(右)的眼睛有水平瞳孔 Akhtar Soomro/Corbis; Jason Hosking/Corbis

为什么有些动物如山羊长着水平的瞳孔,而像响尾蛇和家猫等其他动物的瞳孔则是垂直狭缝?

这个问题一直令研究者们好奇,星期五发表的一项针对214个物种的研究表示,答案可能和为动物提供生存优势密切相关:垂直和圆形的瞳孔帮助某些掠食者捕猎,而水平瞳孔则帮助其他物种从远处发现掠食者。

然而,不是所有的视觉科学家都接受这些研究者的假说,他们援引了并不明确适用这些分类的动物作为例子。

这项研究由加州大学伯克利分校、英国达勒姆大学的科学家团队进行,发表在《科学进展》期刊上。

该团队使用了一个基于山羊眼睛的计算机模型来支持他们关于水平、垂直、和圆形形状的瞳孔对不同动物如何有利的理论。

当模型的瞳孔是水平的时候,不出所料,能够捕获眼睛左右两侧的更多光线,和眼睛上下方向的更少光线。研究者们说,这让食草动物更好地检测从不同方向接近的掠食者。

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猫(左)和美洲短吻鳄(右)的眼睛都有垂直瞳孔 William Radcliffe/Corbis; Joe McDonald/Corbis

伯克利视觉科学家和论文主要作者说:“人们一直说水平的瞳孔有助于扩大对地面的水平视野,只是没有人去证明这点。我们的贡献在于建立一个模型,显示这就是所发生的。”

但这个结论有一个明显问题:如果绵羊把头垂到地上吃草会发生什么?合乎逻辑的结果是水平瞳孔会变成与地面垂直。

但是研究者们在儿童动物园拍摄山羊照片时有了惊奇的发现:当垂下头部时,眼球实际上会旋转多达50度,保持瞳孔与地面平行。Banks博士假定其他科学家也发现了这种能力,但他详尽检索科学文献后并未发现提及。

研究者们然后研究了马、羚羊、及其他食草动物,并发现它们也能旋转眼球。

Banks博士和他的团队也使用了计算机模型来确定垂直狭缝眼睛的优势。他们发现垂直瞳孔锐化深度感知和对目标的聚焦,帮助伏击掠食者更好地估计离猎物的距离。

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虎(左)和狮(右)的眼睛有圆形瞳孔 Frans Lanting/Corbis; Sergio Pitamitz/National Geographic, via Corbis

这个解释的一个注解是像虎、狮等伏击猎物的大型掠食者有着圆形瞳孔,而不是垂直狭缝。对此作者们理论道,因为这些动物身高较高,它们的眼睛不需要为同样的视觉线索多做补偿。

对此论文的批评指出,有无数反例来否定作者们的理论。例如龙猫是食草动物,却有垂直狭缝的瞳孔。

德国隆德大学生物学家Ronald H.H. Kröger说:“对于作者们自认发现的规则有着这么多例外,所以除了是掠食者还是猎物、体型大小以外,决定瞳孔形状还有更多原因。”

英国纽卡索大学视觉科学家Jenny Read说该论文提出了进化和自然选择如何在数百万年间优化眼睛的“一个整洁得难以置信的例子”。

她说作者们关于食草动物眼睛在它们低头进食时如何旋转的发现最令她惊讶,尤其是她自己也是一个骑马人。她说:“多年来动物眼睛吸引了这么多注意,而在科学文献里却显然没人注意到或评论过这一点,太惊人了。”

达特茅斯学院专长计算机图像分析的视觉科学家Hany Farid赞赏作者们的计算机模型使用几何和光学“无可争议地”显示垂直狭缝瞳孔产生的视野能更好地分辨垂直结构的深度,这对某些掠食者是有益的。

他说“我就喜欢这样的科学,当你看到它的时候,你会说‘哎呀我去,这太明显了。’”

本文译自 NYTimes,由译者 王丢兜 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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