一院制的眼睛
颜料杯的眼睛
在大多数的无脊椎动物门,眼睛由一杯黑色素包含几个光感受器到几百光感受器。在大多数颜料杯眼睛没有光学系统除了开幕式,或孔径,光通过它进入世界杯。这个孔径作为宽针孔和限制的宽度锥的光到达任何一个光感受器,从而提供一个极为有限的决议。颜料杯眼睛非常小,通常是100μm直径(0.004英寸)或更少。他们有能力提供的信息大致方向的光,这是适合找到正确的的一部分环境在寻求食物。然而,他们没有价值的狩猎猎物或躲避天敌。1977年奥地利动物学家Luitfried冯Salvini-Plawen和美国生物学家恩斯特·迈尔估计颜料杯眼睛进化之间的独立40和65倍动物王国。这些估计是基于多种微观结构的差异颜料杯眼睛不同的生物体。颜料杯的眼睛是毫无疑问的起点更大的发展和更多的光复杂的眼睛软体动物和脊椎动物。
针孔的眼睛
针孔的眼睛,减少色素孔径的大小,有更好的分辨率比颜料杯的眼睛。最令人印象深刻的针孔的眼睛中发现软体动物属鹦鹉螺的一员头足类动物集团以来,几乎没有变化寒武纪(大约5.41亿到4.85亿年前)。这些生物有很大的眼睛,大约10毫米(0.39英寸),数以百万计的光感受器。他们也有肌肉此举的眼睛和学生不同直径从0.4到2.8毫米(0.02到0.11英寸),光强度。这些特征都表明一个眼睛应该类似性能的眼睛其他头足类动物,如属章鱼。然而,由于没有镜头,每个感光必须覆盖一个广角视野的形象鹦鹉螺眼睛是非常贫穷的决议。即使学生在其最小,每个受体的观点一个角度超过2度,而几分数的学位章鱼。此外,因为学生必须小甚至为了实现适度的分辨率,图像中产生鹦鹉螺眼睛是非常渺茫。因此,a限制针孔的眼睛是任何改善分辨率的敏感性;这不是真的包含镜片的眼睛。有一个或两个其他的眼睛腹足类动物软体动物可以成为针孔的眼睛,特别是那些的鲍鱼属石决明。然而,这些竞争对手的眼睛眼睛鹦鹉螺在大小和复杂性。
镜头的眼睛
相对于针孔的眼睛,镜片的眼睛大大提高分辨率和图像亮度。镜头通过增加形成折射率室通过添加材料的密度材料,如粘液或蛋白质。这种聚合进来的光线,从而减少角,每个感光接收光。继续这个过程最终导致透镜形成一个图像关注的能力视网膜。大多数镜头在水生动物是球形的,因为这种形状给最短焦距透镜的一个给定的直径,进而给出了最聪明的形象。镜头的眼睛聚焦图像通过身体移动镜头朝向或远离视网膜或使用眼部肌肉调节透镜的形状。
多年来形成的透镜属性允许图像质量的眼睛都知之甚少。镜头的均匀材料(例如,玻璃或干蛋白)遭受一个缺陷称为球面像差,在这外围射线聚焦太强烈,导致可怜的形象。在19世纪,苏格兰数学家和物理学家詹姆斯·克拉克·麦克斯韦发现眼睛的镜头必须包含一个梯度折射率程度最高的折射发生在透镜的中心。在19世纪末的生理学家马修森显示,这是真正的鱼,海洋哺乳动物,头足类软体动物。它也适用于许多腹足类动物软体动物,一些海洋蠕虫(家庭浮沙蚕科)和至少一个组甲壳类动物,桡足动物属Labidocera。两个尺寸,焦距和透镜的曲率半径,可以用来区分梯度镜头从齐次镜头。例如,渐变镜头比均匀短焦距镜头有相同的中央折射率和梯度透镜的曲率半径约为2.5镜头半径,而4均匀透镜的半径。焦距的比值称为曲率半径马修森比率(以其发现者的名字命名,德国物理学家、动物学家路德维希·马修森)和用于确定光学镜片的质量。
鱼和镜头的眼睛头足类动物软体动物是表面上很相似。两者都是球形,马修森比率可以聚焦的镜头通过移动它,远离视网膜,虹膜合同,和外部肌肉眼睛以相似的方式移动。然而,鱼,头足类软体动物进化完全独立于彼此。这些生物的眼睛一个明显的区别是在视网膜的结构。的脊椎动物视网膜是逆,神经元新兴的视网膜和前面神经纤维通过挖掘出来视神经乳头在眼睛后面的形成视神经。头足类动物视网膜是逆向的,意义的神经元纤维离开眼睛光感受器的直接从后面的部分。感光细胞本身也是不同的。脊椎动物的感光细胞,棒和视锥细胞来自,是由磁盘纤毛,他们超极化光照射时(变得更消极的)。相比之下,头足类动物的感光细胞是由数组微绒毛(突出)和去极化(变得不那么消极的)作为回应。眼睛的发育起源也不同。脊椎动物的眼睛来自神经组织,而头足类动物的眼睛来自表皮组织。这是一个典型的趋同进化和演示功能相似的发展派生的从常见的约束。
角膜的眼睛
当脊椎动物出现在土地,他们获得了新的折射表面,角膜。因为空气和水之间的折射率差,弯曲的角膜是一个成像镜头的。其焦距是由f=nr/ (n1),n是眼睛的液体的折射率,然后呢r是角膜的曲率半径。所有陆地脊椎动物有镜头,但镜头夷为平地,削弱而鱼类镜头。在人类的眼睛眼睛的角膜负责大约三分之二的光功率,和镜头提供了剩下的三分之一。
球形眼角膜,类似于球面镜片,可以从球形受苦像差。为了避免这种情况,开发的人类角膜椭圆形状,最高的曲率中心。这nonspherical设计是角膜的结果只有一个轴对称,最佳图像质量发生接近这个轴,与中央相对应愿景(相对于周边视觉)。此外,中央视力是借助于感光密度高的地区,被称为中央或不明确的“凹区域,”位于靠近眼睛的中心轴和专业急性愿景。
角膜的眼睛中发现蜘蛛的,其中有许多眼睛成像的能力。蜘蛛通常有八个眼睛,其中两个,校长的眼睛,前锋和用于识别等任务的成员自己的物种。狩猎蜘蛛用剩下的三双,次要的眼睛,如运动探测器。然而,在构建网络蜘蛛、二级眼睛underfocused和用作导航艾滋病、检测太阳的位置和在天空偏振光的模式。跳蛛有最好的视野的蜘蛛群,和他们的校长的眼睛能解决几分钟的弧,这是许多倍的眼睛吗昆虫它们的猎物。跳蛛的眼睛也不寻常,来回视网膜扫描整个形象而蜘蛛识别目标的性质。
昆虫也有角膜一院制的眼睛。许多昆虫幼虫的主要眼睛包含少量的单眼,每个都有一个角膜。看到大多数昆虫的主要器官是成年人复合的眼睛,但是也有三个简单的背侧单眼的昆虫。这些通常underfocused,使模糊的图像;他们的功能是监视天顶和地平线,提供一个快速反应系统维持水平飞行。
凹镜的眼睛
扇贝(梳状突起)有大约50 - 100及眼睛图像的形成不是一个镜头,而是凹镜。1965年英国神经生物学家本文的作者Michael f .土地()发现,尽管扇贝的眼睛有一个镜头,它太弱,产生一个图像的眼睛。为了形成一个可见的形象,眼睛的后面包含一个镜子,反射光线的光感受器。镜子在梳状突起是一种多层结构做的交替层的鸟嘌呤和细胞质,每一层都是四分之一波长(约0.1μm可见光谱)厚。结构产生建设性的干扰绿灯,赋予它高反射率。许多其他的镜子在动物构造以类似的方式,包括银色的鱼的鳞片,特定的翅膀蝴蝶(例如,大闪蝶属),彩虹色的许多鸟类的羽毛。的眼睛梳状突起也有两个视网膜,一个由一层传统微绒毛受体接近镜子的焦点,和第二个由一层纤毛受体在平面上的图像。第二层响应当黑暗的物体的形象;这种反应导致扇贝闭壳在防御潜在捕食。
如反映的眼睛梳状突起是不常见的。桡足动物和介形亚纲动物甲壳类动物拥有眼睛镜子,但镜子如此之小,以至于很难判断所使用的图像。大介形亚纲动物是一个例外Gigantocypris,生物有两个几毫米宽的抛物面反射镜。它生活在深海,可能使用它的眼睛探测发光生物猎物。图像是穷,但是聚光能力是巨大的。凹镜眼前的问题是,光线穿过视网膜一次,无重点,它返回之前,专注,从镜子。因此,光感受器看到低对比度图像,这可能设计缺陷占这些眼睛的罕见。