眼睛拥有它:视觉如何将鱼类推向陆地

生物 2019-01-31 18:46:00 69

  眼睛拥有它:视觉如何将鱼类推向陆地

  约翰·朗,弗林德斯大学

  大约3.75亿年前,某些鱼类产生了强大的配对鳍,能够将它们从水中运到陆地上。

  这些鱼最终将演变成第一种真正的陆生动物,称为四足动物。他们有四个带有手指和脚趾的四肢 - 当他们在陆地上走动时帮助他们。

          

          

      

  但科学家最大的一个谜团就是弄清楚什么可能将这些鱼类从水中驱逐到陆地上。

  是否有新的食物来源,或者他们是否需要逃离水中的掠食者?

  一项新的理论认为视力得到了改善,正如眼睛大小和视敏度的急剧增加所示,这使得鱼类在水线上向上偷窥以在陆地上捕食猎物。

  这将激励他们冒险离开水面去寻找食物。这项新研究由美国西北大学的Malcolm MacIver及其同事今天发表。他们将此命名为“Buena Vista”假设,来自西班牙语的“好看”。

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  该团队测量了多种化石鱼类和早期四足动物的眼睛大小,这些鱼类生活在3.9亿至2.5亿年前,显示眼睛大小急剧增加,就在最先进的鱼类(称为elpistostegalians)之前,让水进化为第一个四足动物。

  虽然化石眼球胶囊有时可以完美地保存在3D中,但大多数化石眼睛都是从围绕眼睛的弯曲硬化环骨的形状重建的,结合了眼眶的大小和形状,这是颅骨中包围眼球的洞。 。

  

  在完全生活在水中的叶鳍鱼的演化过程中,眼睛的大小(白色圆圈)如何显着增加到第一个陆地生活的四足动物。图片:约翰龙,弗林德斯大学

  从鱼类和早期两栖动物的化石头骨测量的眼窝大小的增加对应于眼睛大小的三倍增加。

  针对不同环境场景的视觉能力的实验模型,从深水到白天在空中,在每种情况下估计视觉效率。研究人员计算了各种条件和瞳孔大小的范围,体积和观察因子。

  结果表明,鱼类在从水到陆地的阶段经历了一系列有远见的改进。第一步是他们开始向上看向光明。伏击掠食者通过从下面进行的快速攻击而使猎物感到惊讶,这样做。

  一种名为Panderichthys的泥盆鱼鱼的头部形状完美适合这种类型的攻击。在寻找猎物时,它的视野最适合扫描视线。

  第二阶段是鱼类浮出水面,将眼睛盯着水面,在周围的环境中透过空气。

  像四足动物最密切相关的鱼类Tiktaalik等鱼类很好地体现了这一阶段。它有一个长鳄鱼般的头部,中间有类似的眼睛,抬起来可以环顾四周。

  在从作为鱼的水中生活到陆地上作为有肢四足动物的生命阶段,脊椎动物的视力如何显着改善。图片:西北大学Malcolm MacIver

  结果发现,在视觉出现后,从完全水生视觉到完全空中视觉,视觉监测的空间总量增加了五百万倍。

  即使从水边看,通过将眼睛盯着水面,像Tiktaalik这样的鱼类在观察猎物的视觉能力方面也大大增加,例如附近河岸上的大型蠕虫或虫子。

  最新的作品并非毫无疑问,正如第一作者MacIver告诉我的那样:

  模拟显示大部分眼睛大小增加发生在四足动物在陆地之前,而我自己早先的预测是增加将发生在他们在陆地之后。

  那是因为我只是设想通过与陆地同时发生的空气来观察。因此,当我随后看到Long和Gordon 2004年的论文合成了几个解剖学变化并且认为早期四足动物(仍然大部分完全是水生动物)可能像鳄鱼一样猎杀 - 生活在水中但通过空气狩猎时,这是一个很大的缓解。

  新的研究表明,这种布埃纳维斯塔景观可能是鱼类在陆地上进行更积极尝试的拉链效应。这将加速更强大的肢体的发展和发展良好的数字的出现,以取代鳍条射线。

  其中一些先进的鱼类,如Panderichthys,已经在它们的鳍内部有数字。

  虽然一些第一个四足动物在生活在水中时已经进化了数字,但完全成形的手指和脚趾行显然更有利于在陆地上移动。

  愿景和复杂规划的开始

  这项研究的重要意义在于,随着这种向陆地过渡的行为和认知的转变,它对我们的大脑产生的影响。

  眼睛较大,脊椎动物首次开始远距离感知。成功偷偷捕捉猎物意味着他们一定是在策划伏击,例如从后面爬行。如果他们直接接近,猎物会看到它们进入并逃脱。

  在活鱼和两栖动物中,通过使用称为Mauthner神经元细胞的单个大细胞来启动逃生计划,猎物检测和逃逸之间的时间减少了大约6微秒。这种神经循环能够对刺激产生超快反应。

  今天,这些Mauthner指挥单元只能在鱼类和两栖动物中找到。后来,脊柱中更有效的神经取代了对Mauthner细胞的需求。

  似乎远距离视觉的起源始于鱼类和四足动物的共同祖先,很可能是Tiktaalik等高度先进的叶鳍鱼类之一。

  所以要感谢我们的腥腥祖先,大胆地冒险前往没有鱼去过的地方,从水中降落到陆地上。如果没有伴随此事件的远程视野,我们计划和执行复杂行动的能力可能永远不会发生变化。

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  热门标题图片:Tyler Rhodes / Wikimedia Commons

  John Long,弗林德斯大学古生物学战略教授

  本文最初发表于The Conversation。阅读原始文章。