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人眼与“可见光”自然进化
发布时间:2023-5-19  浏览次数:177

人眼与“可见光”自然进化:

      科学研究表明,眼睛的性能与太阳的关系最为密切。

       这正如前苏联科学家瓦比洛夫所指出的:

      “眼睛是人类经过长期的极其复杂的自然选择结果。它是外部世界、外界媒质作用以及生存斗争,人们对外部世界很好适应性水平的总变异”。

他同时还认为:

      “地球上人眼是对太阳光线的适应结果。不掌握太阳知识,就不能明白眼睛的作用机制”。事实上,人眼发展成为今天这样一个复杂灵巧、维妙传神的光学系统,是人类漫长进化的一个必然结果。这正是太阳的杰作。

       科学实验和研究表明,宇宙天体发出的电磁波,包括了从无线电波到γ射线波长的很宽范围。对于这些从宇宙空间投来的电磁辐射,地球大气层仅仅留下两个允许通行的“天窗”,一个是波长范围大约在0.39~0.76μm 的光学窗口(或称可见光窗口),另一个是波长大约是1mm~10m左右的射电窗口(或称无线电窗口)。也就是说,地球大气层只对这两个波段的电磁辐射才是“透明”的。

      拿太阳来说,它除了发出可见光之外,其它波段的电磁辐射则由于受到地球大气的吸收,在到达地面之前就已基本“耗尽”。既然它们不能“参与”照明,那么,在漫长的进化过程中,人眼也就没有必要再为它们“设置”感光细胞了。这就说明了,为什么人眼能够感受的所谓的“可见光”是在这样的一个波段,而不是在电磁波谱的其它波段。

人眼所能接受的光波波长约在“390nm~760nm”,这个波段范围正好与光学窗口所透过的波段相吻合,这是人眼对大自然(或说对太阳)适应的必然结果。

而另一个电磁波窗口则被现代天文学(射电望远镜)用来探索来自宇宙的射电信息,故称射电窗口。

★因为可见,所以可见:

人择原理-我们仔细思考一下上一节的逻辑:

      为了保证现存的生命体系获得视觉,根据一些边界条件,我们只能选择可见光波段作为电磁辐射的响应。也就是说, “可见光是 ‘可见’ 的” 这一点是保证生命体系演化出视觉所必要的条件。

★但为什么一定要演化出现在生命中存在的视觉呢?

       正如人类实践证明的那样,我们可以利用无线电(电磁辐射的微波到长波段)传播信息,可以用雷达(利用的是微波)“观察” 世界,现代技术还允许我们对自然界进行红外成像,虽然其时效性和精度与视觉还有差距,但这些难道不是另一种意义上的 “视觉” 吗?为什么生物不能采取这样的方式、发展出不同的 “视觉” 来呢?

       另一种解释则是采取人择原理(Anthropic Principle)。人择原理的基本表述大致可以这么概括:生命之所以是现在这个样子的,是因为如果它不是这个样子,就不会有观察者来问这个问题。反过来,孕育生命的环境条件如果不是这个样子,也就不会有生命在其中产生,因此生命和环境都必须是现在这个样子,才能保证生命产生、并有智慧来问出这样的问题。

★人择原理听上去十分无赖:

      它强行用结果来解释原因。但请注意,人择原理的逻辑是完备的,它的道理在于,生命存在这一事实本身是不能证伪的,如果存在本身就是存在的原因,那么这个命题本身仍是自洽的。如果用人择原理来解释可见光为什么是 “可见” 光,可以这么表达:如果不是可见光波段变成了 “可见” 光,那么生命就不会是现在这个样子,或者根本不会有现代意义上的生命,也就不会有人来问这个问题了。

       人择原理的关键在于说明为什么存在本身就是原因。一种关于视觉进化导致了寒武纪生命大爆发(Cambrian explosion)的 “光开关”(light switch)假说或许可以给我们提供一些思路。大约 38 亿年前,生命在地球上诞生,但直到距今 5.5 亿年前的寒武纪,生命形式依然以简单的单细胞生物为主。现有的生物门类绝大多数都起源于 5.5 亿年前一段很短的时间(大约两千万年,这里 “很短” 是地质年代意义上的),这一现象被称为寒武纪生命大爆发,是进化史上未被彻底解释的难题之一。

       “光开关” 假说注意到,寒武纪生命大爆发与动物的眼的高级进化有着一致性。在此之前,几乎没有成形的眼的化石被发现;在此之后,主要的眼的类型都已经形成。因此光开关假说提出,正是由于进化出了眼这一重要的光感应器,使得寒武纪时代的相关动物具有了突飞猛进的适应能力,相比于它们的祖先在生存竞争中具有了更大的优势,从而走上了飞速繁衍与进化的道路。简言之,眼的形成对于今天的生命采取何种形式起到了决定性作用。

综上所述:

      不难理解,如果 “光开关” 假说正确,那么人择原理就有可能是对的:生命必须采取能够看见可见光的结构---眼,才能演化到今天的生命形式,才能有我们来问这样的问题。这就是人择原理对可见光为什么 “可见” 给出的回答。

总结:

     人类“眼睛”是太阳的杰作。可见光漫长进化发展了眼的光学系统。光开关-人择原理是生命必须采取能够看见可见光的结构---“眼”发展出神奇的视觉。

生理视力复健科学:就是回溯本源,自然科学与基因应用科学的教化。


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