黑夜给了我黑色的眼睛——用几个冷知识纠正你对螳螂复眼的误解!

@昆虫学小鱼来给大家上的一堂课,小板凳做好。如需转载请征得作者许可!

如果你仔细观察过螳螂,那一定会对它们那勾魂的大眼睛有所疑惑,希望阅读此文能对你所帮助。

    原本计划在开篇用一段话来赞美一下螳螂,尝试了几次之后我最终放弃了这个念头,因为我不能很好地、正确地描绘出螳螂的美。这个工作还是交给那些作家以及诗人来完成吧,已经有太多的人为这类物种而疯狂。

    作为拥有良好视觉系统的螳螂,它的复眼搭配上灵活的脖子可以为它提供高达240°的水平视觉范围以及360°的垂直视觉范围,这在昆虫中绝对是值得羡慕的。现在,我们来看看你是否对螳螂身上最奇妙的部位——复眼有所误解吧。文章内容仅分为两部分,希望大家静下心来阅读。

日光下的螳螂

日光下的螳螂


一. 躲不开的凝视

   你也许会发现当你从一只入定的螳螂面前走过时,它会立刻扭过那三角形的脑袋来锁定你。接下来,奇怪的事情发生了。你左右移动试图打破这种注视,但是这只是徒劳。注意我说的不是那种二维图片上人物的凝视,而是你会在螳螂的眼睛中看到一个黑色的小点一直跟随着你一起移动。

蒙娜丽莎的凝视

蒙娜丽莎的凝视

无论你把这张图片放置于任何角落,图片上的蒙娜丽莎都会微笑着注视着你。这是由于视线是从画面里出来的,要想知道视线的方向,必须用垂直于平面的轴来度量,也就是通过平行于观察者视线方向与垂直z轴的夹角夹角来度量,但是现在,由于这个照片的第三维度信息丢失了,于是我们就无法断定视线方向。这个原理与此文无关。

那么这个小黑点到底是什么呢?

螳螂眼中的“小黑点”

螳螂眼中的“小黑点”

人们最常见的误解是:瞳孔,这是螳螂的瞳孔。还有人会理解为螳螂真正的眼珠,大眼睛中的小眼睛。更有甚者称此黑点为螳螂的视觉中枢当然,这些想法都很有意思,然而并不正确。这儿,我们需要引入一个新的概念,Pseudopupil,即伪瞳

   我们看到螳螂的眼睛总是有个瞳孔看着自己,是因为螳螂眼中正对我们视界的复眼中视杆细胞吸收了我们视轴的光呈现出的黑色。因此有人说黑点是正对视野处眼底反光而呈出的自己(观察者)的样子等解释应该是不准确的。

pseudopupil

pseudopupil

pseudopupil

pseudopupil

   这就是说,伪瞳只是由于眼部构造上的一种交错的偏振性纤维遮挡了反射光。没有光,那就是黑色。用光照射昆虫头的底部,就能在相近的视杆束(小眼)末端(就是解剖学上最深处的尖端)看到发光,这种状态下发光的伪瞳孔叫做逆式伪瞳孔(antidromic pseudopupil,可用与那种通常情况下不发光的伪瞳孔(这个称顺式伪瞳孔,英文orthodromic pseudopupil)相同的测量方法来进行测定。

对昆虫复眼的研究

对昆虫复眼的研究

   其实,很多拥有较大复眼的昆虫以及昆虫纲外其它的节肢动物都有伪瞳现象。由于复眼结构的不同,不同昆虫的复眼可能会展现出不同的瞳形。

很多昆虫都拥有伪瞳

很多昆虫都拥有伪瞳

蜻蜓的伪瞳现象

蜻蜓的伪瞳现象

蝶的多个伪瞳现象

蝶的多个伪瞳现象

螃蟹的pseudopupil现象

螃蟹的pseudopupil现象

   这样,我们就大致弄清楚了小黑点到底是个什么鬼。它只是光学现象而不是一种独特的生理结构。以后再碰到螳螂,别说人家有瞳孔啦。

你瞅啥?

你瞅啥?

呃,眼睛怎么了?

呃,眼睛怎么了?


二. 变黑的眼睛

   如果你饲养过螳螂或者夜观过螳螂,你就会发现螳螂的绿色眼睛到了晚上就会趋近于黑色。人们对于这个现象的误解倒是相当统一——夜晚瞳孔舒张变大了。这当然不对,因为我们之前说了螳螂并没有真正的瞳孔。

除了螳螂,很多动物的眼睛在黑暗中都会有瞳孔放大的现象

除了螳螂,很多动物的眼睛在黑暗中都会有瞳孔放大的现象

   我们知道,昆虫的复眼有联立以及重叠两种类型。前者复眼的每个小眼都能成像,整个复眼形成是由许许多多单眼部分组合起来的图像联立镶嵌像,通常在白天比较好使,到了晚上就抓瞎,比如蜻蜓。后者与前者的成像原理不同,重叠型复眼的构造更多是为了起到对微弱光线的放大,常见于夜猫子昆虫,比如萤火虫。

可以看到,萤火虫的复眼颜色表现较深

可以看到,萤火虫的复眼颜色表现较深

   螳螂可能同时拥有这两种复眼的特性,但是并不会在同一时刻表现出来。由于重叠型复眼具有良好的夜视能力,螳螂的联立视觉在夜晚得大打折扣。

复眼的微观

复眼的微观

螳螂白天的视觉系统到了夜晚就不再适用

螳螂白天的视觉系统到了夜晚就不再适用

   众所周知,在野外捕食是一件很需要运气的事儿,白白放弃夜晚的大把时光太不划算。于是螳螂充分利用了复眼的特性,在弱光环境下完成了一次转化,从而适应了夜晚捕猎。于是这在宏观上就表现为颜色的变化。事实上,并不是所有螳螂的复眼都只是变黑,比如某些兰花螳螂,到了夜晚它们的复眼颜色是由淡粉色向深紫色过度。

螳螂复眼的其它色型

螳螂复眼的其它色型

   所以,我们可以把这种颜色的变化理解为螳螂视物方式的转变,就像是它们戴上了夜视镜。虽然昆虫没有瞳孔,但它们还是可以在夜晚做得和哺乳动物一样出色,可以完成很多我们难以理解的事儿。

弱光环境下螳螂的复眼完成了转变

弱光环境下螳螂的复眼完成了转变

夜色下螳螂的复眼完成转变以保持警觉

夜色下螳螂的复眼完成转变以保持警觉


   

   至此,我对螳螂复眼所引发的一些问题以及某些人的误解所做出的解释与阐述暂且告一段落。关于螳螂的研究从来都没有停止,螳螂的秘密也远不止于此文。昆虫虽然渺小,但并不卑微,大自然向来不会偏袒谁。希望通过这篇文章可以让更多的人喜欢上螳螂,喜欢上昆虫,进而喜欢上我们的大自然。

参考:

关于螳螂眼睛的变色问题

螳螂复眼颜色的转变与复眼型的关联

伪瞳——维基

伪瞳——百度


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