科學家破解變色龍兩千年來 360° 視野秘密:「獨立轉動雙眼」螺旋狀視神經是關鍵

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11 月 16 日消息,科學家成功揭示了延續超過兩千年的變色龍獨立移動雙眼的結構秘密,相關研究成果已於 11 月 10 日發表於《Scientific Reports》。

研究顯示,變色龍近乎 360 度視野的關鍵在於其眼睛後方隱藏的兩條細長、螺旋狀視神經,這種結構在其他蜥蜴類中從未發現。

研究作者、薩姆休斯頓州立大學副教授胡安・達薩(Juan Daza)表示:「變色龍的眼睛就像可以向各個方向旋轉的監控攝像頭。它們會獨立移動眼睛掃描周圍環境尋找獵物,而一旦發現目標,它們的兩眼就會協同朝同一方向移動,以計算舌頭的攻擊位置。」

儘管變色龍眼球運動的外在表現十分明顯,但其內部結構從未被看清。2017 年,美國佛羅里達自然歷史博物館數字影像實驗室主任愛德華・斯坦利(Edward Stanley)在達薩的實驗室中查看一隻小型葉變色龍(Brookesia minima)的 CT 掃描圖像時,意外發現了這一特殊線圈狀結構。由於變色龍已被研究數百年,兩位研究者起初都質疑自己是否真的發現了此前未被記錄的特徵。

變色龍在非洲、歐洲及亞洲的樹棲環境中演化出一系列獨特適應性,包括可纏繞的尾巴、便於抓握的腳部結構以及高速彈射的舌頭。IT之家查詢獲悉,其舌頭可在 0.01 秒內從靜止加速到每小時 60 英里,伸展長度可超過身體長度兩倍。

團隊隨後深入查閱歷史文獻。古希臘哲學家亞里士多德曾錯誤認為變色龍根本沒有視神經;17 世紀羅馬醫生多梅尼科・帕納羅利(Domenico Panaroli)主張變色龍的視神經存在但不會交叉;艾薩克・牛頓也在其 1704 年著作《光學》中引用這些觀點。1669 年,法國解剖學家克洛德・佩羅(Claude Perrault)曾繪製過較準確的交叉視神經圖,但並未獲得廣泛關注。19 世紀和 21 世紀早期的一些論文雖描繪過部分結構,但均未完整描述視神經線圈。研究人員直至全面檢索文獻後,才確認此前從未有正式發表的描述。

新發現得益於現代 CT 掃描技術與開放數據共享。過去的解剖方法常會使視神經移位或受損,導致真實結構被忽略。隨著醫學影像技術普及,研究人員能夠利用 X 射線 CT 在不破壞標本的前提下觀察頭骨內部結構。此次研究還藉助了由美國 18 家機構共同發起的 oVert(openVertebrate)項目,下載並分析了三十多種蜥蜴和蛇的 CT 模型,為較大範圍的比較分析提供了基礎。

團隊建立了 18 種蜥蜴的腦部 3D 模型,並測量其視神經長度和形態。結果顯示,研究涉及的三種變色龍均擁有比其他蜥蜴顯著更長、且呈螺旋狀盤繞的視神經,與最初的觀察一致。進一步對葉門變色龍(Chamaeleo calyptratus)的三個胚胎階段進行對比發現,視神經最初呈直線,隨後在孵化前逐漸拉長並形成螺旋形態,新出生的個體即已具備完全靈活的雙眼。

從演化角度來看,最早的變色龍化石可追溯至 1600 萬至 2300 萬年前,但這一時期許多樹棲特徵已出現,因此難以確定螺旋視神經的確切起源時間。不過新發現為理解其演化原因提供了新的線索。

在脊椎動物中,擴大視野一般依賴兩種方式:移動頸部或移動眼睛。貓頭鷹和狐猴以靈活轉頭實現觀察,人類依靠可伸展視神經改變視線方向,而齧齒動物則利用波浪狀神經纖維增加靈活性。由於變色龍頸部活動受限,其可能通過演化螺旋狀視神經為眼球運動增加「餘量」,減少大範圍轉動眼睛時的拉扯壓力。

達薩將其類比為早期電話線:「最初的電話線是直的,後來有人想到將電話線捲起來,讓線更有餘量,使用者可以走得更遠。這些動物的做法類似,通過形成這一「線圈」結構最大化眼球的活動範圍。」


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