为什么不同的动物瞳孔形状不同?

图片来源:https://indianapublicmedia.org/amomentofscience/cats-slit-pupils-humans-pupils/

如果我们仔细观察,就会发现不同动物的瞳孔形状不同,例如人和一些动物的瞳孔是圆形,但另外一些动物,例如家猫,它们的瞳孔却是狭长的形状,那么为什么会有这种区别呢?

一种流传很广的观点认为,相比圆形的瞳孔,狭缝形的瞳孔受到更多的肌肉控制,能够更好地调节进入眼睛的光线的强度,从而保证具有这种形状瞳孔的动物既能在夜间具有良好的的视力,又不至于在白天受到强光的伤害。

例如人的瞳孔的面积可以发生约15倍的变化,而具有狭缝形瞳孔的家猫和壁虎,它们瞳孔面积的变化分别可以达到135倍和300倍。这种观点有一定道理,然而无法解释为什么有些动物具有竖直的狭缝形瞳孔,而另外一些动物则具有水平的狭缝形瞳孔。

来自美国和英国的研究人员进一步比较了许多陆生动物的瞳孔形状与其生活习性的关系,结果发现了一个有趣的规律:具有水平的狭缝形瞳孔的动物大多处于被捕食者的位置,例如马、牛等食草动物。

进一步的光学分析表明,这种形状的瞳孔可以使得这些动物以更好的视角来观察从正面和身后接近自己的天敌。有趣的是,当这些动物因进食或者其他活动而需要移动头部时,它们的眼球会随之转动,使得瞳孔始终保持与地面平行。

图A:不同的瞳孔形状,从上到下分别为竖直的狭缝形、近圆形、圆形和水平的狭缝形。图B:动物生活习性与瞳孔形状的关系,纵轴自上而下分别表示竖直的狭缝形、近圆形、圆形和水平的狭缝形的瞳孔,横轴从左到右分别表示草食动物、以奔跑追逐方式捕猎的动物和以伏击方式捕猎的动物。小图三种图标自上而下分别代表昼行性、昼夜均活动和夜行性的动物。

与此相反,那些具有竖直的狭缝形瞳孔的动物基本上都是以伏击方式捕捉猎物的捕食者,例如鳄鱼和蛇。研究人员通过分析认为,竖直的狭缝形瞳孔能够让这些动物更好地测算自己与猎物的距离,从而提高捕猎成功的几率。研究人员同时注意到,也有一些处在生物链捕食者位置的动物具有圆形的瞳孔。

研究人员认为,这些动物一部分是采用奔跑追逐的方式捕获猎物的,例如猎豹;还有一些动物虽然采用静止伏击的方式捕食,但是体型较大,眼部距离地面较高,因此竖直的狭缝形瞳孔不再带来明显的视觉上的优势。

这项研究表明,正是长期的生存竞争促使不同的动物进化出不同形状的瞳孔。

参考资料

1、Video: Predator or prey? The eyes have it

2、Why do animal eyes have pupils of different shapes?

作者:魏昕宇