2009-01-12

怪魚(長頭胸翼魚)之眼利用鏡子使光線聚焦

Spookfish uses mirrors for eyes
http://www.physorg.com/news150559326.html

January 7th, 2009

一項值得注意的新發現證明,有四隻眼睛的 spookfish(怪魚、幽靈魚,這裡指的是 Dolichopteryx longipes,長頭胸翼魚)為至今所發現第一個使用鏡子(mirrors)而非水晶體(lenses)使光線在其眼中聚焦的脊椎動物。

來自(英國)Bristol 大學的 Julian Partridge 教授表示:"在脊椎動物近五億年的演化,與幾千種脊椎動物物種的興亡中,這是唯一一種已知利用鏡子解決了所有眼睛得面臨的基礎光學問題 -- 如何成像。"

雖然這種怪魚看起來似乎有四隻眼睛,但事實上牠只有二隻,每一隻眼睛分離成二個連在一起的部份。其中一半朝上,讓怪魚能看見上方的海洋 -- 以及可能的食物。另一半,那看起來像魚頭側邊的「腫塊」,指向下面的深淵。這種(向下的)「憩室眼(diverticular eyes)」在所有脊椎動物中獨一無二,它們使用鏡子來成像。

很少光線能透過深達一公里的水域之下,而且如同許多深海魚,已經適應的怪魚能充分運用那裡少的可憐的光線。在這種深度之下,怪魚主要尋找來自於其他動物之生物光所造成的閃光。憩室眼能使這些閃光成像,警告怪魚有其他生物在活動,而且是在看不見的、位於牠容易受傷的腹部底下。

雖然怪魚在 120 年前首度被發現,但是到目為止沒人發現牠反射式的眼睛,因為沒人抓過活著的怪魚。當(德國)Tuebingen 大學的 Hans-Joachim Wagner 教授在太平洋的東加(Tonga)島抓到了一隻活體樣本後,其研究成員使用閃光攝影術來證實此魚向上與向下的凝視。

Tammy Frank 博士由上往下所拍攝的照片,在活魚主要的、指向上的管狀眼(tubular eyes)中,而非指向下的憩室眼中,產生了眼耀光(eye-shine)。相反的,當由下往上照時,這些憩室眼反射光線。

在觀察魚眼切片時 Partridge 教授領悟到憩室鏡子那裡有某種令人振奮的東西。此反射鏡利用微小的薄板,或許是鳥糞嘌呤結晶體(guanine crystals),排列成多層堆疊。這在動物界並非唯一(這是銀魚為何具有銀色光澤),但這種鳥糞嘌呤結晶的排列與方向受到精確控制,猶如它們會引導光線聚焦。Partridge 的電腦模擬證明,這些薄板在此鏡子的彎曲表面內精確的定位,能使被反射光的線完美的聚焦到魚的視網膜上。

單一鏡子的使用與晶體相較,具有一種明顯的優勢,那能夠產生明亮的、高反差的影像。在深海中,這必定賦予此魚一種很大的優勢,在那裡如果連最微弱的與最短暫的光線都能發現,正意謂著吃與被吃的不同命運。

※ 相關報導:

* A Novel Vertebrate Eye Using Both Refractive and Reflective Optics
http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2008.11.061

Hans-Joachim Wagner, Ron H. Douglas, Tamara M. Frank,
Nicholas W. Roberts, and Julian C. Partridge
Current Biology, 2008
doi: 10.1016/j.cub.2008.11.061
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