为什么大部分哺乳动物都是色盲?这要从恐龙横行天下的时期说起。和大部分哺乳动物一样,狗也是色盲。实际上我们人类,以及我们的灵长类亲戚(如黑猩猩)都有很出色的眼睛。视锥细胞是眼睛中的光感受器,之所以你能够分辨种类繁多的颜色,而你的狗狗不能,就来自于视锥细胞的差异。最近人们发现,狗狗的色盲源于恐龙时代,这表明,对于哺乳动物来说,眼睛是窥视演化历史的窗口。
不同生物的眼睛发展出了不同的形状、不同的机制和各种各样的能力。作为哺乳动物,比起昆虫的复眼,我们更熟悉的是非复眼,非复眼的结构同样多得令人目不暇接。大多数陆生脊椎动物,包括哺乳动物,爬行动物和鸟类,则都有带着屈光角膜的晶状体眼睛,包括一个凹透镜,可以将投影在眼睛后部图像放大到视网膜上处理。视网膜由一片感光细胞组成,可以将光产生的信号通过视觉神经传入大脑。这就是动物视觉的基本原理。
眼睛在生命的长河中至少独立演化了40次。也就是说,现在所有动物的眼睛并不是由某个共同祖先的眼睛演化而来,而是多条动物分支的多个祖先先后独立演化出了不同的眼睛。脊椎动物的光感细胞主要分为两类:视锥细胞和视杆细胞。视锥细胞对光线没那么敏感,但能够通过探测不同光线的峰值波长来帮助动物区分颜色。视杆细胞则在弱光环境中更为敏锐,但这是以欠佳的清晰度为代价的。
大多数脊椎动物,例如鱼类,鸟类和爬行动物(所以恐龙肯定也是),在视网膜上有着大量的视锥细胞,因此可以探测到广范围的颜色。然而哺乳动物拥有的视锥细胞则较少,取而代之的是大量的视杆细胞,因此颜色分辨能力被削弱,夜视能力却好得很。灵长类动物是少数拥有不错颜色视觉的哺乳动物之一,这多亏我们祖先产生了额外的视蛋白基因拷贝。视蛋白是视网膜上感光细胞中的感光蛋白,它们能把光线转化为电信号。
我们祖先产生的这次基因重复使它们能够分辨颜色,这或许给他们提供了在森林环境中搜寻成熟果子的生存优势。为什么大多数哺乳动物眼中的世界缺少色彩?科学家认为,哺乳动物视网膜中视杆细胞的主导地位或许可以追溯到约2.25亿至6500万年前(中生代)。当时,地球上的统治者是像恐龙这样的爬行动物,但最早的哺乳动物也起源于那个时候。
它们繁盛于中生代,不仅跟它们体型庞大的远亲一起熬过了漫漫1.5亿年,也在消灭了大量其他脊椎动物的白垩纪末期的白垩纪-第三纪大灭绝中存活了下来。虽然成功地与中生代爬行动物共同生存了1.5亿年,但这段经历给早期哺乳动物也带来了深刻的影响。这些哺乳动物体态娇小:几乎没有比狐狸大的,大多数则比狐狸小得多。
然而浓缩就是精华,这些哺乳动物的先驱成功利用了与当今小型哺乳动物相同的生态位:如鼹鼠般掘洞,如松鼠般爬树,或者如水獭般游泳。但有一个改变对它们的视力有着直接影响:变为夜行生活。人们认为,选择夜间活动是我们哺乳动物祖先最伟大的创新之一。夜行加大了对嗅觉的依赖,这是脑容积增大的动因之一,皮毛的产生也让它们能够忍受一天中最冷的时段。
大概当时大部分爬行动物是昼行的(在白天活动),黑夜则留给了羞怯的哺乳动物。哺乳动物演化历程中的这段时间被称为“夜行瓶颈”,任何增强暗光视力的基因突变都可以赋予这些动物独有的生存优势。于是我们的哺乳动物祖先获得了夜视能力。上述对哺乳动物色盲的解释不只是猜测:近期一篇论文提供了支持这个理论的生物学证据。
通过研究调控视杆细胞发育的基因在小鼠早期胚胎阶段中的表达,然后跟斑马鱼进行比较,科学家们发现了将哺乳动物视锥细胞转化为视杆细胞的生物机制。这个机制的确定,为早期动物成为夜行专家的理论提供了重要支持。夜视能力、脑容积增大,以及牙齿和骨骼的一些变化,一同促成了哺乳动物巨大的成功。这些演化优势使它们开拓了独特的生态位,在百万年前与恐龙一起繁盛,并最终超过了它们。
随着恐龙霸主的消逝,哺乳动物统治了白昼,体型随之大幅度增加,种类也越来越多样化。总结:你的虎皮鹦鹉可以比你的狗狗分辨更多颜色,只因它们各自的远祖——恐龙和早期哺乳动物的生存竞争。灵长类动物重新获得了分辨更广阔色谱的能力,但在我们基因中还潜伏着曾经夜行时期留下的痕迹:基因线索指向了曾经有利于生存的基因突变。