動物眼睛里的奧秘

　　在所有感覺器官中，眼睛大概是動物王國中變化最多樣的。數百萬年的進化已經形成了10種以上的動物視力系統，每一種都要特別適應它們各自的需要。
　　科學家對各種動物眼睛進行了觀察，當他們設計人造光學系統時，就可以參照不同的動物眼睛來設計。從鳥類到昆蟲，從鯨到魷魚，科學家從動物王國的所有成員中獲得靈感，以設計高性能的人造眼睛。
　　彈涂魚生活在水里，但它們時常爬到岸邊的樹上，在陸地上呆幾個小時，因此，它們的眼睛是典型的陸地型眼睛。而它生活的水域大都是水質混濁的池塘，水下的視力好壞無關緊要。
　　鼓蟲生活的水域是清澈的，因為它在定居問題上選擇了水陸兩棲。因此，大自然毫不吝嗇地給了它兩對眼睛，一對在水里用，另一對浮出水面用。
　　美洲中部湖泊里一種四眼魚，能敏捷地躍出水面，捕食正在飛行的昆蟲。說它是“四眼魚”，實際上它只有兩只眼睛，這兩只眼睛的特別之處在于，瞳孔上下徑伸長，一層間隔將眼睛橫截成兩部分，其透明介質上部的折射介質適應于在空氣中看東西，眼睛的下半部則適應于水中觀察。
　　鸕鶿等一些鳥類既要在飛行中遠望，又需在水中捕魚時看清近距離的景物。它們可以在極大的范圍內調整晶狀體的曲率。通常年輕人眼睛的折射率不足15個屈光度，鸕鶿則高達40—50個。因此，它們既能在稠密的水草中搜尋小魚，又能發現高空中盤旋、隨時都有可能發動突襲的猛禽。
　　深海軟體動物的眼睛，直徑達20厘米，是具有延伸功能的套疊型眼睛。它們的瞳孔很大，可以將盡可能多的光線收入眼簾，在靈敏度極高的感光成分上聚焦。貓頭鷹是善于夜戰的動物，光線再弱它也能明察秋毫。它看東西所需要的光，強度僅為人眼需求的1／100。
　　貓眼在黑暗中閃閃發光，狼眼在夜色中陰森恐怖，其實它們的眼睛本身并不發光，但能反射進入眼睛的月光、星光和其他微弱的光線，并將這些光線匯集于眼睛的后表面上。
　　科研人員認為，眼睛與身體的基本關系能反映每個物種是如何適應、利用自己所在的生存環境，尤其是那些眼睛大小偏離正常標準的動物。例如，以貓頭鷹為例，就眼睛與身體的比例來說，它在脊椎動物中擁有最“大”的眼睛，這是適應其在灰暗光線中發現、捕捉灰色動物的需要。
　　研究人員還發現，爬行動物與嚙齒動物的眼睛一般來說都比較小，而一些嚙齒動物卻像貓頭鷹一樣在晚間活動，由于它們的眼睛比較小，這就暗示著這些嚙齒動物在進化過程中弱化了視覺，而強化了觸覺和嗅覺。
　　就魚類來說，它們的情況與陸地動物大不一樣。它們并不按一致的方向發展自己的視力。由于水的浮力作用，許多魚類進化成細長的身體，眼睛有大有小，有的則因為生活在海底黑暗世界里，因此眼睛早就退化了。可以說，魚的眼睛大小與否也是其生存進化的必然結果。
　　人類的眼睛是典型的相機型眼，用一個單鏡頭(眼珠)將圖像聚焦到光敏感的視網膜上。其他自然界中的相機型眼有的還能偽裝，而我們的眼睛卻不能。
　　比如，鳥的眼睛有特別的肌肉，能改變晶體的厚度和角膜的形狀。鯨的眼睛有特別的“水壓”，通過注水和排水來調壓，從而可以讓它們的晶體前后移動，使其離視網膜忽遠忽近。這種獨特系統可以讓鯨在水里水外都能看得一清二楚。
　　章魚眼的單晶體像洋蔥一樣分層，每層都有稍微不同的光學特性，以利于章魚快速聚光，并擁有極大的視野。科學家們制造的晶體與這些相機型眼睛相似，通過改變特殊水室的液壓來調焦。這些被稱為“微型雙重”晶體具有兩種不同的形狀，兩邊都彼此鼓起或都向一邊彎曲，以調節焦距和視野。像這樣的晶體可用作細胞相機、體內醫學圖像儀和光學圖像貯存等。
　　相機型眼的動物通過不同方武來調節其晶體，以看清不同距離的目標。雖然科學家早就知道相機型眼的每個部分的功能。但要制造一個功能全面的人造眼睛還有很長的路要走。
　　科學家正在向自然界中發現的另一種眼睛——復眼進軍。昆蟲和節肢動物中有復眼。復眼由許多單個晶體組成。單個成像單位稱為“小眼”。比如，蜻蜓為單復眼，其晶體達1萬個。有些復眼能同時處理圖像。每個晶體傳送自己的信號給昆蟲或節肢動物的大腦。這使它們快速發現目標和圖像識別，這就是為何蒼蠅很難打著。
　　新的顯微加工技術可以讓研究人員生產微型人造復眼。英國科學家雷盧克教授領導的科研小組，已經制造出了人造小眼，每個小眼都有一個微型晶體連在管狀的波導管上，以將光傳送給光電子圖像儀。他們還已經將“小眼”排成圓屋頂。到時可以制造能看360度的裝置。
　　如今。科學家正在探測自然界的視覺系統，看看是否能從動物中找到關鍵工程問題的解決辦法。比如，目前的紅外線傳感器雖然比人眼更厲害，但它們需要復雜的冷卻系統才能工作。
　　當雷盧克為下一代光學儀器的開發尋找靈感時，他想到了龍蝦、蒼蠅和章魚。他與其他生物工程師借鑒動物來設計人造視覺系統，以用于高科技的相機、運動探測器、無人控制導航儀和人造視網膜植入。
　　自然界中的一種甲蟲能發現80公里以外的森林大火。雌甲蟲將卵產在燒過的樹上。它們偵探大火并用一個專門的器官，調到特別頻率后才能探測到紅外光。研究人員正在開發類似的新原料，以探測熱量。
　　研究人員在仿造眼睛上取得如此大的進步，主要原因之一是他們能制造柔韌的聚合體和塑料。活生生的眼睛和其他器官由天然的長鏈分子組成，因此。人造聚合體具有很多的感官能力。雷盧克他們能用快速成模辦法讓聚合體成為三維模型，使他們的裝置具有彈性。
　　
　　編輯　梁