一项新研究表明，脊椎动物的成对双眼源于6亿年前一种蠕虫状祖先。通过研究多种生物的感官分布，科学家还原了眼睛从头顶中线向两侧迁移并演化的神奇过程。
我们常常认为眼睛的存在是理所当然的，但最近的研究表明，我们的眼睛经历了一段极其惊人的进化旅程，才最终变成了如今这种熟悉的模样。
长期以来，科学界已知脊椎动物的眼睛与远亲无脊椎动物的眼睛有着本质区别，这体现在细胞组成以及胎儿时期的发育方式上。然而，这些差异最初是如何产生的，其背后的演化逻辑却一直是个谜。
我们的研究表明，人类的眼睛起源于6亿年前在海洋中游动的某种蠕虫状祖深祖先。这一结论同样适用于所有两侧对称动物，也就是那些身体可以被大致分为左右镜像对称部分的动物。
作为研究的一部分，我们调查了36个主要的现存动物群体，涵盖了几乎所有的两侧对称动物，旨在观察它们的眼睛及感光细胞位于何处以及承担什么功能。
研究呈现出一个清晰的模式。我们发现，感光细胞始终存在于两个不同的位置：一是脸部两侧成对出现的结构，二是位于大脑顶部的头部中线位置。在观察的所有动物中，位于两侧的细胞主要用于控制移动方向，而位于中线的细胞则负责感知昼夜更替以及分辨上下方位。
据此我们可以推断，脊椎动物的某种远古蠕虫祖先在6亿年前由于采取了相对静止的生活方式，开始在海底挖掘洞穴，从而失去了那对用于“转向”的侧向眼睛。当它变成了一种不需要四处游动、只需过滤海水获取营养的滤食性生物时，维持这对昂贵的侧向眼睛变得既没用又耗能。
然而，这种生活方式的改变并没有破坏其头部中线的感官功能，因为该生物仍需感知时间并分辨上下。虽然侧向眼睛消失了，但中线处的感光细胞却演变成了一只微小的“中线之眼”。
随后在几百万年内，这种生物的生活方式再次发生了变化。随着重新回归游泳状态，为了更高效地过滤食物并躲避捕食者，它重新产生了控制转向和测量身体运动的需求。这促使进化通过在中线眼睛两侧形成微小的眼杯，进而发展出新的视觉能力。这些眼杯随后与中线眼睛分离，向头部两侧移动，最终形成了我们今天所拥有的成对双眼。
这种视觉系统的丧失与重构发生在6亿到5.4亿年前之间。中线眼睛残留的组件演变成了大脑中的松果体，负责产生和释放褪黑素。在许多脊椎动物中，松果体通过头部中间一个透明且无色素的区域接收光信号。但在哺乳动物的进化支系中，由于早期哺乳动物习惯于夜间活动而在白天躲避，松果体失去了感光能力，转而由更敏感的眼睛接管了光探测任务，从而驱动褪黑素的分泌与睡眠周期的调节。
那些没有失去原始侧向感光细胞的动物，构成了今天世界上的大多数无脊椎动物，因为它们的祖先从未转向这种静止的生活方式。这包括甲壳类、昆虫、蜘蛛、章鱼、蜗牛以及许多蠕虫类群体。这些动物至今仍保留着原始感光细胞的现代版本。例如，昆虫和甲壳类的眼睛是复眼，由大量密集的微小透镜组成；而章章和蜗螺则拥有类似相机结构的单透镜眼睛。有趣的是，章鱼和蜗牛独立演化出了与我们脊椎动物极其相似的眼睛设计和视觉性能。
不过，我们的视网膜——即眼睛后部感光的一层组织——拥有超过100种类型的神经元(小鼠甚至有140种)，相比之下，章鱼和蜗牛的神经元数量仅为寥寥数个。这使得人类视网膜的复杂程度几乎可以与大脑皮层相媲美。
过去科学家认为这种复杂性是进化后期才出现的，但我们的研究表明，这种复杂性在视网膜形成之前就已经存在了。这意味着，这种复杂的神经结构很可能早在那个“独眼巨人”祖先时期就已具备。这对理解视网膜和大脑神经回路的起源具有深远的意义。对于脊椎动物而言，眼睛与大脑的进化是紧密相连的。成对双眼的出现是这一过程的关键，因为有了敏锐的视觉，生物才能支撑起需要复杂认知和庞大大脑的高级行为。如果没有这双眼睛，不仅人类无法存在，整个脊椎动物的世界也将不复存在。
本文译自 ScienceAlert，由 BALI 编辑发布。
