知识探索ID:zhishitansuo我们是专注于做知识普及的公众号。我们把广博和复杂的知识通过精炼和简洁的方式传播给读者

先看视频,这个可以作为上帝存在的证明吗?
人类的确无法想象,一个简单的人类图纸,自然界可以通过偶然来产生。
但是,大自然不必直接产生这么复杂的东西,他完全可能通过产生一些不那么复杂的东西,然后通过进化,一点点的产生更复杂的东西。

大多数人即便赞同进化论,可以理解长颈鹿的脖子是如何变长的,却很难理解眼睛是如何进化出来的。
眼睛真的是设计出来的吗?
人眼球的解剖
上面人类眼睛的构造,甚至大部分人都不清楚。

然而,从整体上看很神奇的眼睛,其底层机理却都很简单。
最基本的,感光细胞,只需富集色素即可,不同的色素会吸收不同频率的光,将其转变为化学能,通过三种色素就可以构建三原色的彩色视觉。
人眼的感光细胞,相比普通细胞,它们最显著的特征就是有厚厚一大摞膜结构,上面满是感光用的色素
也就是说,虽然“设计”奇妙,但并没有用任何超自然力,就像汽车一样仅仅依靠最基础的物理化学定律就可以行使。
然后,我们再看眼睛是如何进化的。
首先要注意的是,并非“人进化出了眼睛”,或者某个生物进化出了眼睛,眼睛的进化历史要远远长于单独某个物种的进化历史——在遗传学和发育学的研究中,我们找到了一些关键的基因,比如 PAX6 基因。
这个基因源自所有两侧对称动物的共同祖先,在神经系统和眼睛的发育中发挥着关键作用,哺乳动物的 PAX6 基因可以在昆虫身上发挥一样的功能,这意味着动物界 30 多个门的眼睛在进化的极早期有相同的来源:没有成像功能的一个覆盖色素的凹陷。
扁形动物门的三角涡虫,它的眼睛非常接近我们共同祖先的眼睛:就是两个铺有色素的凹陷,一些神经细胞伸入凹陷,感受光刺激引发的化学反应
左边是我们看到的图像,右边是三角涡虫看到的图像
凹陷不但能保护脆弱的色素,更能大致区分光线的来源,这对趋利避害很有帮助。在此基础上,动物界用 5 亿多年的时间,平行发展了 40 到 60 个谱系,进化出了许许多多更加精致复杂的眼睛,尤其是脊索动物门的脊椎亚门、软体动物门的章鱼目和节肢动物门的昆虫纲,代表了视觉进化的三个顶峰——当然,也共用着高度相同的 PAX6 基因。
脊椎动物亚门,人的折射单眼
章鱼目,北太平洋巨型章鱼的折射单眼
昆虫纲,雄性四节蜉蝣的三只反射单眼(淡蓝色)和四只折射复眼(橙色和褐色)
注意前面两个看起来很像,但又有很多巨大差异,简单说,章鱼的眼睛比人类的“设计”明显技高一筹。而昆虫的眼睛虽然看起来怪异,但是属于和人类不同的套路,两者甚至很难说谁的“设计”更高明。

我们先看人类眼睛的祖先——脊索动物门的眼睛,我们眼睛的早期形态在文昌鱼身上体现得最多,也研究得最充分——文昌鱼虽然被称为“鱼”,但它属于头索亚门,远比鱼所在的脊椎亚门更接近脊索动物门的祖先,是难得的活化石物种。

文昌鱼,箭头所指的小黑点是“额眼”
文昌鱼身体含水量很高,非常透明,有一条卷入体内的神经索贯穿头尾,这条神经索两侧分布着许多感光细胞,其中含有视黑蛋白,对蓝光敏感。而脊椎动物的中枢神经系统,包括大脑和脊索,在胚胎发育上也都源自这条卷入体内的神经索,只是发达得多。视黑蛋白在我们身上与生物钟的昼夜节律有关。
妊娠四周的人胚胎,背部的细胞(神经板)正在向内卷(蓝色),它最终将会发展为中枢神经系统
特别的,在文昌鱼的神经索前端背面,受 PAX6 基因控制,还有一个较大的带色素的杯状凹陷,里面分布了两列感光细胞,我们称为“额眼”(Frontal eye)。这个结构与我们的双眼在进化上同源,其中的感光细胞与我们的视锥细胞和视杆细胞同源,带色素的凹陷与我们的视网膜上皮同源。
文昌鱼的几组感光器官,包括额眼(Frontal)、板层小体(lamellar body,可能与我们的松果腺同源)、约瑟夫细胞(Joseph Cell)和背单眼(dorsal ocelli)
也就是说,脊索动物的眼睛在进化早期随着神经索的发育卷入了体内,不再暴露于体表,但当时的组织高度透明,原始的眼睛在体内仍可以感受光刺激。此外还要特别注意,这个内卷还反转了眼睛,使得左边的感光器官要穿透组织看右侧,右边的感光器官要穿透组织看左侧。脊椎动物的早期胚胎中也是一样,即将发育为眼睛的凹陷来自内卷的神经管,左边朝右,右边朝左。
神经板内卷成神经索,外层蓝色代表体壁;内层浅蓝色管道代表卷入体内的神经管,将来发育成中枢神经系统;橙色代表神经管两侧将要发育成眼睛的凹陷。

红色箭头代表光线来源,左测光源实际照射到右侧橙色眼睛。
通过对脊椎动物胚胎发育的进一步研究,比如对斑马鱼胚胎发育的研究,我们发现,随着组织越来越不透明,脊椎动物再也不能左眼看右,右眼看左,这对将要发育成眼睛的凹陷还要再次翻转,而且随着翻转程度加深,一部分体壁上的细胞会填入凹陷,发育为角膜、玻璃体、晶状体等屈光结构。
斑马鱼胚胎中眼睛的发育历程,上方为显微照片,下方为示意图,可见原本朝向左侧的凹陷逐渐翻过来朝向右侧,卷成碗状,同时开口处的细胞移入碗中,发展为晶状体等屈光结构,也就是本来看透明身体左侧的眼睛,不得不透过皮肤看右侧了。这就带来一个巨大问题:
外界进入眼睛的光线,先要穿过密密麻麻的血管、神经细胞、感光细胞的细胞核,最后才抵达观光细胞的色素部分。
光从左侧进来,但我们的感光细胞却朝向右侧,完全颠倒了
这给我们带来了很多麻烦,除了降低分辨率,神经细胞穿出眼球的地方(即第一张图中的视神经乳头)无法覆盖感光细胞,会形成一个盲点;感光细胞也很容易与视网膜上皮分离,头部创伤常造成视网膜脱落——这都再一次印证了进化的普遍规律:新结构都来自旧结构,不能凭空出现。
如果这真是某个设计师的设计,这个设计师真是一个蹩脚得不能再蹩脚的设计师了。
不过这个设计师,在软体动物的眼睛“设计”上却没犯错误。

章鱼属头足纲蛸亚纲,它们的眼睛在解剖上酷似人眼,但更加合理,没有视网膜长反的缺点
相比于人类的眼睛,章鱼的眼睛堪称完美,章鱼的眼睛根本没有神经板内卷的发育历程,其进化历程也就简单直接:随着凹陷程度加深,顺利地发展为小孔成像,进而发展出晶状体,乃至虹膜和角膜等结构。
人眼(左侧)和章鱼眼(右侧)的解剖比较,章鱼眼的感光细胞(1)朝向光源,不被神经(2、3)遮挡,也没有盲点(4)
所以,章鱼眼睛根本没有盲点,视网膜脱落这种事故基本不可能发生。

而节肢动物没有采取加深凹陷提高聚焦能力的进化策略,而是简单粗暴地增加眼睛数量,用眼睛阵列提高视力,结果形成了非常独特的复眼。
这种眼睛缺乏调焦能力,几乎不能分辨细节。但却对动作非常敏感,昆虫的复眼可以分辨每秒 240 帧的动画,是人眼的 10 倍;而且常常有丰富的色觉,比如多数昆虫都能看到紫外线,蝴蝶有五原色视觉,螳螂虾有 12 原色视觉。
从早期的色素凹陷开始,比较两种不同的进化途径,上方是软体动物的晶状体单眼,下方是节肢动物的复眼
左侧是虻的复眼,由上万个小眼组成;右侧是 5 亿年前的复眼化石,有大约 3000 个小眼
螳螂虾的彩色视觉集中在复眼中间的数列单眼上,其中有 12 种感光细胞
章鱼和昆虫的眼睛都很好的适应了他们的生存环境,而人类眼睛虽然因为先天不足,祖先的一对眼睛在进化过程不断将就,不断错上加错,但是最终也算差强人意。所以,眼睛的进化史恰恰是神创论的反证。

软体动物门除了章鱼,还有其他各种各样的眼睛,这也是一个生动的进化例子:
鲍鱼属腹足纲古腹足类,它们的眼睛就是一对柄端的凹陷
鹦鹉螺属头足纲鹦鹉螺亚纲,它们的眼睛是一个水室,用小孔成像模糊分辨轮廓
蜗牛属腹足纲异鳃类,它们的眼睛封闭起来,充满透明组织,可以更好地屈光
凤眼螺属腹足纲新腹足类,它们的眼睛有晶状体,可以更清晰地成像
扇贝的眼睛不采用凸透镜折射,而使用凹面镜反射。

扇贝,每个蓝色的小珠子都是一只眼睛,其中有凹面镜成像,分辨率很低
箱水母不是两侧对称动物,但它们也独立进化出了眼睛:身体周围有 4 个感觉棍(rhopalia),每个感觉棍上有 6 只眼睛,其中两个是凹陷,两个是狭缝,还有两个带有晶状体的复杂眼睛,分别向上向下看。
眼睛如何进化,上面的解释是不是至少比较合理?进化论的确有很多问题,但是一定要注意,他比其他凭主观臆测的理论要靠谱得多。
进化论自身也随着科学的不断发展而发展,比如达尔文之后的DNA发现,让我们可以更深入的理解物种到底是如何变化的。
进化论明确了大方向——有益的变化会保留下来。但是为什么会变化,为什么有益,则是另一个科学问题。
最后需要注意的是,上帝不存在也是无法科学证明的,因为这根本不是科学的范畴。
即便最原始的生命无需上帝之手点拨一下,至少宇宙的启动完全超出了人类的想象,甚至我们的宇宙也许本就是其他智慧生命的模拟世界。
继续阅读
阅读原文