世界上有独眼生物吗？
2024-11-19 阅读 92
更新于 2024年11月21日
有。节肢动物门-甲壳亚门-介形纲的一些无脊椎动物和节肢动物门-甲壳亚门-桡足纲的剑水蚤属动物终生保留一只无节幼体眼，没有其他眼睛。
无节幼体眼是一种单眼，经常出现在甲壳亚门的无节幼体身上。介形纲有约 1.3 万个已知的现存物种和超过 5 万个已找到化石的灭绝物种，其中少数物种的成体另有复眼。剑水蚤属 Cyclops 有 400 多个已知的现存物种，属名 Cyclops 来自独眼巨人。该属动物的成体有一只在人看来在阳光下呈红色或黑色的无节幼体眼，如下图：另外，2020 年发表的一篇文章报告单眼藻科 Warnowiaceae 的单细胞生物（多貌生物-SAR 超类群-囊泡虫类-粘孢子总门-双鞭毛虫门-横裂甲藻纲）具有构造和功能类似透镜眼的复杂细胞器 Ocelloid[1]，每一个体携带一只 Ocelloid。该细胞器似乎是线粒体、质体等多种细胞器参与组成的，构造明显特化。
By Mona Hoppenrath, Tsvetan R Bachvaroff, Sara M Handy, Charles F Delwiche and Brian S Leander - BMC Evolutionary Biology, http://www.biomedcentral.com/1471-2148/9/116/, CC BY 4.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=41787892眼虫（古虫界-眼虫门）的眼点之类细胞器能够感光，其效果看起来明显弱于 Ocelloid。每只眼虫有一颗眼点。
另外，线虫体表的合胞体往往整个都能感光。秀丽隐杆线虫可在白光或一定比例的蓝黄光下检测铜绿假单胞菌等细菌反射的光的波长比例，避免摄入这类对它们有毒的细菌[2]，这涉及的分子机制与其他动物的视蛋白完全无关，涉及的基因至少有 jkk-1 和 lec-3。
从其他线虫到人的多种动物有这些基因，但它们在人身上似乎不用于检测光波长的比例。在我回答前，这问题下有个用大语言模型胡编乱造的回答，看起来相关模型的训练数据不怎么样。
参考^Lens eyes in protists. Nilsson, Dan-E. et al. Current Biology, Volume 30, Issue 10, R458 - R459^https://doi.org/10.1126/science.abd3010
世界上确实存在独眼生物。根据一些证据，一种名为桡足类的微小生物就只有一只眼睛。这种生物的眼睛位于头顶，虽然只能感知光线，但无法像大多数动物那样进行复杂的视觉处理。此外，还有一种单细胞有机体Erythropsidinium，它也只有一只眼睛，但没有大脑来处理视觉信息。
不过，独眼生物在自然界中非常罕见，大多数生物的眼睛数量遵循进化规律，通常为两只眼睛，因为这样可以提供更广阔的视野和立体视觉。独眼生物的存在更多是由于特殊的进化或发育异常所致。
因此，虽然独眼生物确实存在，但它们并不常见，且功能相对有限。
桡足类生物的眼睛是如何感知光线的？
桡足类生物的眼睛感知光线的方式主要依赖于其独特的视觉结构。根据证据，桡足类动物的眼睛通常包括单眼和复眼两种类型。单眼位于头部中央，主要用于感知光暗，帮助桡足类生物避免游向黑暗或被天敌发现。而复眼则由多个小眼组成，每个小眼都是一个独立的视觉功能单位，能够接收微弱的光线，并在清澈水域中通过偏振光增强远处物体的清晰度和对比度。
此外，桡足类生物还具有对紫外光敏感的特性，这使得它们能够在昏暗的环境中导航。这种对紫外光的敏感性可能与它们的生活环境有关，因为紫外光在清澈水域中可以更有效地传播和反射，从而帮助桡足类生物更好地感知周围环境。
Erythropsidinium单细胞有机体的视觉系统有哪些特点？
Erythropsidinium单细胞有机体的视觉系统具有以下几个显著特点：
1. 相机型眼睛结构：Erythropsidinium拥有一个类似于相机的眼睛结构，称为ocelloid。这个结构由一个透明球体和一个黑色半球形结构组成，能够感知光线并检测极化光。这种眼睛结构使得Erythropsidinium能够在大背景中清晰地看到猎物。
2. 光感受器和视紫红质：Erythropsidinium的眼斑中存在视紫红质，这是一种感光色素，能够响应光信号。视紫红质在 dinoflagellates 中普遍存在，并且在Erythropsidinium的眼斑视网膜体中也发现了这种色素。此外，Erythropsidinium的视紫红质属于第一类，主要功能是作为感官、调节器和质子泵。
3. 形态变化适应光照条件：Erythropsidinium的视网膜体在不同光照条件下会改变形状，这种变化类似于动物眼睛的形态变化。这种适应性变化可能与细胞骨架成分如肌动蛋白和微管的调节有关。在暗适应状态下，视网膜体的总内表面面积比光适应状态下更大，表明眼斑能够响应光暗条件的变化。
4. 复杂的光感受器：Erythropsidinium的视觉系统非常复杂，除了眼斑外，还具有一个独特的结构称为活塞（或称为 dart），它可以发射长而细的突出物，但其具体用途尚不清楚。这种复杂的光感受器使其能够在光照层中更有效地捕食。
5. 进化起源：Erythropsidinium的眼斑可能起源于内共生事件，即原始的叶绿体经过演化形成了复杂的光感受器。这种结构被认为提供了高分辨率的细胞视觉，使细胞能够对光的强度和方向做出反应。
独眼生物在自然界中的分布和生存环境是怎样的？
独眼生物在自然界中的分布和生存环境具有多样性，涉及不同的物种和栖息地。
1. 浮眼鱼（Navionum oculi） ：这是一种罕见的盐水鱼类，以其透明的身体和巨大的单眼而闻名。浮眼鱼主要生活在海洋中，通常在300至1000英尺的深度中被发现。它们具有高视力但其他感官较弱，主要捕食昆虫和鱼类。
2. 剑水蚤（Cyclops） ：这是一种无脊椎动物，属于甲壳纲动物，主要生活在池塘、湖泊、慢速流动的河流和溪流中。独眼巨人的身体呈子弹状，这使得它们能够快速改变方向，以藻类和腐烂的动物为食。
3. 海蟾蜍（Chaunax abei） ：这种海蟾蜍在Suruga海湾被观察到具有单侧无眼的畸形。 Chaunax abei 属于深海鱼类，分布于三大洋的深海中，其单眼畸形可能由环境或生物因素引起。
进化论如何解释独眼生物的存在？
进化论通过多种方式解释独眼生物的存在。首先，进化论认为复杂结构如眼睛可以通过简单的光敏感受器细胞逐渐演化而来，这些简单的眼睛在各种动物中都有出现，并且它们似乎具有单一的进化起源。这意味着，独眼生物的存在可能源于其祖先拥有简单的眼睛，随着时间的推移，这些简单的眼睛逐渐演化成更复杂的形式。
此外，进化论还指出，眼睛的进化可能经历了多次独立的过程。例如，某些物种的眼睛虽然看起来复杂，但它们实际上可能独立于其他物种发展出来。这表明独眼生物的存在可能是由于它们在特定环境中独立演化出了适合其生存需求的眼睛结构。
另外，有研究指出，眼睛的形成方法是有限的，这意味着组成眼睛的方法可能只有一种或几种，而这些方法在不同的物种中被发现并独立演化出来。这也支持了独眼生物的存在可以通过简单的变异和自然选择逐步演化而来的观点。
进化论通过强调眼睛的简单起源、独立演化以及有限的形成方法来解释独眼生物的存在。
发育异常导致独眼生物出现的具体机制是什么？
发育异常导致独眼生物出现的具体机制主要涉及胚胎发育过程中前脑和视泡的异常。在正常情况下，脊椎动物的视觉系统起源于神经管的一端，即整个神经系统前身——视泡。然而，当SHH（Sonic Hedgehog）信号通路失衡时，视泡细胞无法正确地向两侧延伸，导致形成单眼而非双眼。
具体来说，SHH信号通路在胚胎发育中扮演着关键角色，它调节细胞对物理力的感知和响应，指导细胞重新排列和运动的方向。在前脑组织中，根据组织内部的不同位置，施加的应力方向不同，从而改变细胞的伸长和缩小程度，最终形成所需的形状。如果SHH信号通路失衡，细胞无法正确响应这些机械力，导致视泡不分化为两个视泡，从而形成独眼畸形。
此外，独眼畸形还可能与遗传因素、药物（如锂、镁）、缺氧、抑制发育的因素或手术切除与眼诱导有关的神经索等因素有关。这些因素可能导致胚胎在发育过程中无法正常分裂成两个半球，从而形成一个中央眼窝。
世界上确实存在独眼生物，但是在自然界中并不常见，可以是很难见。
eg 1 ：
紫海胆（Purple Sea Urchin）
紫海胆的整个身体可以被看作是一个巨大的眼睛，是有这种说法，但是我个人觉得不太认同。这种生物的发现可以追溯到大约5.4亿年前的寒武纪大爆发时期。在这个时期，许多现代动物群的祖先突然出现，留下了许多化石。科学家们使用扫描电子显微镜图像来重建这些生物的内部解剖结构，包括眼睛，并重建它们对世界的看法。
eg 2 ：
扁形虫（Flatfish）
在2008年，芝加哥大学的研究生Matt Friedman发现了一种名为Amphistium的化石，这种化石显示了扁形虫眼睛的过渡形态。Friedman在研究鱼类多样性时注意到了这种50万年前的标本，并发现Amphistium具有一些只在扁形虫中发现的特征，包括其眼睛的位置。在Amphistium中，一侧的眼睛位于正常的鱼类位置，而另一侧的眼睛则位于鱼头的高处，这表明扁形虫的眼睛并非一次性跳跃式进化，而是经历了一系列的步骤。
独眼生物在自然界中确实存在，并且它们的发现和研究为我们理解生物进化提供了宝贵的信息。科学家们通过对化石的研究和现代生物的观察，揭示了这些生物眼睛的多样性和复杂性，以及它们在进化过程中的变化。
