雖然魚類早已擁有視覺,但水下環境無法讓牠們把視力物盡其用。

我們哺乳類的祖先和兩棲類、爬行類、鳥類的祖先一樣,來自海洋。在最初的脊椎動物——某些魚類爬上陸地之前,地面應該是恐蟲症患者的惡夢。

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各式各樣的無脊椎動物在更早的數百萬年前登陸,類似馬陸和蜈蚣狀的蟲子四處漫步。

這個恐蟲症惡夢在3.85億年前發生改變。那時,一些魚類已具備強壯的魚鰭,長出指節,牠們逐漸離開海洋。地上的蟲子無法與這些龐大的脊椎動物抗衡,成為無助的食物。時間繼續,這些登陸的海洋動物——最初的四足類——開枝散葉,發展出我們熟悉的兩棲類、爬行類、鳥類,以及哺乳類。

但如果沒有離開海洋的壯舉,也許之後的一切都不會發生。

問題是,是什麼讓這些魚類脫離了熟悉的海洋?是為了逃避天敵的追捕,還是受到岸邊食物的誘惑?

2017年,西北大學學者提出一個新觀點:看到遠方也許是魚類離開海洋的助力之一。而擁有更廣闊的視野將深刻影響動物的行為。

雖然魚類早已擁有視覺,但水下環境無法讓牠們把視力物盡其用。即使是在陽光充足的水面下,能夠觀測到的視野範圍只是在空氣中的100萬分之一。

由下至上反映出魚類視野可能的演化過程:眼睛由兩側移至中間,視野向水面以上發展。圖片來源:參考文獻2

根據化石標本,在魚類登陸的過程中,眼部結構的改變讓牠們愈來愈能享用到視覺帶來的好處。在大約3.9億至2.5億年前,一種先進的魚類——希望螈目(elpistostegalians)——逐漸脫離水生。化石測量顯示,牠們的雙眼尺寸增長到原來的3倍,這意味與視覺能力息息相關的瞳孔大小出現增長。與此同時,和其他一些魚類一樣,牠們的眼窩由兩側移到頭部頂端。在這個位置,魚可以通過貼近水面,看到水面之上的蟲類獵物,甚至把眼睛探出水面。

根據推測, 最初的四足類過著鱷魚般的生活。牠們有區別於魚鰭的四肢,但並未完全脫離水生。

水下的希望螈目,約能觀測到一個體長範圍內的情況。但是在空氣中,動物可以觀測到超過100個體長的距離。根據模型測算,如果把希望螈目眼睛尺寸的增長考慮在內,登陸後視野範圍是原來的500萬倍。

看到更遠的地方,讓複雜決定的出現成為可能。如果一隻動物只能看到附近的事物,這意味牠們大部分行為是對即將發生的刺激做出反應,而不是計畫。攻擊附近的獵物、躲避捕食者的突襲,可能是水下動物生命中最重要的決定。但當動物彼此間有了長程感知,牠們就必須設計精巧的埋伏和捕獵,規劃複雜的計畫。動物中僅存在兩種長程成像系統:視覺和迴聲定位,而後者很晚之後才在哺乳動物中出現。

在現生的魚類和兩棲類動物中,存在一種強大的應激本能。這一系統由毛特納氏神經元(Mauthner neuron)發起,能夠讓動物在4微秒左右對刺激做出反應,比如逃生。但之後出現的脊椎動物已經捨棄了這一神經迴路,因為視覺可以預知危機。

 

撰文:vicko238 

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參考資料:

  1. The eyes have it: how vision may have driven fishes onto land. https://theconversation.com/the-eyes-have-it-how-vision-may-have-driven-fishes-onto-land-73060
  2. Massive increase in visual range preceded the origin of terrestrial vertebrates. http://www.pnas.org/content/early/2017/03/06/1615563114
  3. Fish Changed in a Surprising Way Before Invading Land. https://www.theatlantic.com/science/archive/2017/03/in-the-invasion-of-land-big-eyes-came-before-strong-legs/ 518883/

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