神奇的我, 自然树生命科学探索:藏在眼睛里的秘密

神奇的我, 自然树生命科学探索:藏在眼睛里的秘密

作者:幼儿园加盟 阅读次数:60

2019-03-29

2-6岁的小朋友,都是MR.WHY与MISS WHY常常会有许多奇思妙想。常常问得母亲哑口无言:“妈妈,我们为什么会有头?为什么有些人眼睛看得见,有些人就看不见?我的手为什么可以动?谁在天上打雷?你眼睛里的我是怎么进去的?为什么人要有爸爸妈妈?……”.诸如此类的问题,让人真的不知如何回答,这些在成人看来习以为常、视而不见的生活细节都成为了孩子脑中的十万个为什么。同样,这样的问题也存在于最伟大的科学家思考之中。

世上总有求知者,如同孩童一样追寻着问题的答案,大胆猜想,并不断实践,正是这种追根究底的精神成就了我们的现代社会,帮助我们逐渐揭开生命的真相。1870 年蒙特梭利出生的时候,距离 1543年哥白尼出版《天体运行论》 ,安德烈·维赛留斯出版《人体构造》已经过了 200 多年,人类因为科技革命,发生了巨大的进步。1953 年,蒙特梭利去世一年之后,克里克和沃森发现了DNA 的双螺旋结构,揭开了基因的秘密。

人类生活在神奇的自然之中,作为自然最大的受益者,我们不能对自然创造视而不见。事实上,当人们越来越深入地走进自然生命的课堂,才更加清晰地感知到自然世界的伟大与神奇。

人类作为自然创造的最大奇迹,每一个器官都被创造得精妙无比。

现在,让我们与孩童跟着科学家们一起,带着学习、探究、思考并仰望自然的视角,一起看看藏在眼睛里的秘密:

聪明的眼睛:

当你睁开眼睛,世界才能呈现在你的眼中,眼睛是一种视觉感觉器官,是我们认识世界的基础。“眼睛是人类心灵的窗口”,人类认知的80%以上都是来自于视觉信息,如果把人体比喻成一台精密的仪器,毫无疑问,眼睛就是这台仪器上的一部精密的相机,它拥有完美的“镜片”——眼球、超级智能的“处理器”——大脑。

美丽的眼睛:

简单来说,我们的眼睛可以分为白眼球和黑眼球两部分,黑眼球又可以分为瞳孔和虹膜两部分。人眼中间的黑色小圆点就是我们所说的瞳孔,环绕瞳孔的那一圈环状有色物就是虹膜,我们平常所说的眼睛的颜色就是指虹膜的颜色,人类的眼睛颜色非常多,从蓝色绿色紫色到褐色、黑色甚至是双色眼球,科学家研究发现,我们人类眼球的虹膜由五层组织构成的。它们是内皮细胞层、前界膜、基质层、后界膜和后上皮层。这五层组织中,基质层、前界膜和后上皮层中含有许多色素细胞,在这些细胞中所含色素量的多少就决定了虹膜的颜色。

色素细胞中所含色素越多,虹膜的颜色就越深,眼珠的颜色也就越黑;而色素越少,虹膜的颜色就越浅,则眼珠的颜色就越淡。

特别的眼睛:

虹膜具有明显的个性差异,现代安防系统中的虹膜识别就是用结合红外和夜视的成像方式来提取和识别虹膜信息。与眼纹识别、眼球识别相比,虹膜识别的安全级别最高。据说人在出生后的6-18个月虹膜就定型,而且对视觉无严重影响的手术无法改变虹膜特征。也就是说,每个人的眼睛都是独一无二,并且是你最特别,且不可复制的特别信息。

超精密的眼睛:

眼球的具体结构非常复杂,从立体的角度来说,如果把眼睛比做一台简易的相机,那么瞳孔就相当于镜头的光圈,控制进光量的大小;晶状体相当于镜片,光线经过这里入射到眼底;视网膜相当于相机的感光元件,接受来自外界的光信号。

如果把我们的眼睛与现在的高清相机相比,人类眼睛的像素大约在5亿7600万左右。同时眼睛还具有信息存储与人类大脑这个“中央处理器”对信息进行智能处理,实现分析、过滤、辨别的功能,世界上人类所制造出的最精密的机器也无法与我们的眼睛相比。

眼睛为什么能看见?

科学家发现:我们看得见是因为......有光!

 眼球是一个极其精密的感光器官,光把视觉信号带进眼球,到达视网膜的底端——感光层。感光细胞(视锥、视杆)吸收了光,把它转换成电信号,传给双极细胞。

双极细胞把电信号分析、分类后,传送给节细胞(视神经细胞),再输入大脑,大脑经过复杂计算和处理,形成图像,于是我们便看见了。 

问题是,光线进入眼球内部时,最先接触的是视网膜最靠内层的神经节细胞层,而不是感光层,光要穿过重重神经和血管,才能到达视网膜最底部的感光层。

到了感光层后,光信号变成电信号,再反传给内层的双极细胞和节细胞,最后神经纤维聚成一束,再穿过整个视网膜,进入大脑,汇聚的地方叫做视盘,这个地方没有感光细胞,于是形成了一个生理盲点。


测一下你的盲点

点开图片(图片满屏),右手伸直,把手机屏幕拿在正前方,左手捂住左眼,右眼一直盯着十字,让手机慢慢靠近,或在右眼正前方稍微来回移动。

你发现了吗?移到一定距离时(20厘米左右),你会发现余光中的黑点消失了。

光路到了感光层要走回头路,而且汇聚起来的视神经又得反穿眼球造成生理盲点!

于是有些科学家说:盲点是自然造物“设计的缺陷”。

那能不能把神经层和感光层倒过来呢?

不能....

因为感光细胞工作量巨大,需要及时供应能量、排放垃圾(有毒的代谢物),这个位置必须留给一个布满微细血管的脉络膜,这些血管可以把养分源源不断地供给隔在中间的色素上皮。

色素上皮紧挨着感光层,不仅负责供应养分、排泄废物,还起到隔离血管和视网膜的屏障作用。它严格控制物质的进出,增强了眼睛特有的免疫功能。不但如此,生物学家拉姆斯登(R. Lumsden)还认为,视锥视杆的感光过程必须密切连接色素层,这样才能确保光敏色素视紫红质(rhodopsin)再生。

如果按照神经层与感光层倒过来的要求,把视锥视杆倒着摆,正面接受射入的光,那么色素层也得跟着移,移到了光和感光器中间,那就干脆什么也看不见了!

最近科学家发现了眼球中的光纤

Müller cell 缪乐细胞

最近几十年,科学家发现了视网膜中的另一种神奇结构——缪乐细胞(Müller cell),这些设计优良的“光纤”很好地解决了光要穿过层层神经细胞、血管等,到达感光层的问题。

缪乐细胞是一种胶质细胞,之前,科学家认为缪乐细胞的主要功能是不失真地传输光线。但以色列理工学院的研究人员拉宾(Amichai Labin)和李巴克(Erez Ribak)发现:“原来,神经胶质细胞阵列(缪乐细胞)是保持人类视网膜中图像敏锐度的最佳结构。它在人类和其它物种的视觉质量中起着至关重要的作用。”

光线进入眼球会产生多次反射——光噪,眼前的图像可能被光噪扭曲。而缪乐细胞形态如漏斗,漏斗的广口可以强大地吸收大量分散了的彩光,将光重新收聚,传输到小口对应的一个视锥细胞上(视锥主要识别颜色、视杆主要感受弱光),确保图像的所有色彩都能聚焦。与此同时还会将光噪过滤,使图像更加清晰、锐利。

该研究团队的一位研究人员Andreas Reichenbach感慨:“大自然真是太聪明了,这意味着我们的眼球内有足够的空间装下所有的神经元和突触等等,但是缪乐细胞仍然可以捕捉、传输大量光线。

 每一个缪乐细胞的小口连着一个视锥细胞,但是如果缪乐细胞把收聚的光全部都传给了视锥细胞,就等于没有多少光留给视杆细胞,特别是到了晚上光少的情况,我们就很难看见了。但是科学家这几年发现,缪乐细胞能够根据波长过滤光波,把红绿光留给视杆细胞,把蓝紫光“漏”给附近的视杆细胞,这就能在保持最佳日间视觉的同时,不影响夜间视觉。

你看,如此神奇的自己,如此精密的器官,如此特别的生命力量,造就了如此特别的我!小朋友们与大朋友们,每个人只有一对眼睛,从现在开始,保护好你奇妙的眼睛,开动你善于思考的大脑,与自然树一起去探索更多的生命奇迹吧!

春天来了,给宝宝讲讲奇妙的眼睛,并带着宝宝用奇妙的眼睛与自然树一起去感受这美丽的春之世界吧!

本文部分资炓引自“创造科学”公众号。图片收集自网络,如有版权问题,请联系自然树删除,谢谢!

1.creation.com/mueller-cells-backwardly-wired-retina-v-dawkins

2.creation.com/seeing-back-to-front

3. 引自注释1 McAlpine, K.,Evolution gave flawed eye better vision, New Scientist 206(2759), 8 May 2010.

4. 引自注释1 Sheriff, L.,Living optical fibres found in the eye: Moving light past all those synapses,The Register, 2007;

5.Amichai M. Labinect. Mu ller cells separate between wavelengths to improve day visionwith minimal effect upon night vision. Nature Communications 8 Jul 2014

6.en.wikipedia.org/wiki/Retinal_pigment_epithelium