寒武紀(jì)時(shí)期的魚(yú)竟有四只眼睛，自帶全景視覺(jué)系統(tǒng)

近日，云南大學(xué)研究員叢培允團(tuán)隊(duì)在 Nature 發(fā)表了開(kāi)年論文，他們?cè)谠颇习l(fā)現(xiàn)了保存完好的寒武紀(jì)早期魚(yú)類化石，并發(fā)現(xiàn)這些生物竟然長(zhǎng)著四只真正的眼睛。

（來(lái)源：Nature）

具體來(lái)說(shuō)，他們?cè)谠颇铣谓乩锇l(fā)現(xiàn)了兩種最古老的脊椎動(dòng)物化石：?？隰~(yú)和某種昆明魚(yú)。這些只有幾厘米長(zhǎng)的小生物生活在距今 5.18 億年前的海洋中。通過(guò)高倍電子顯微鏡觀察，研究人員在它們的頭部發(fā)現(xiàn)了四個(gè)明顯的黑色斑點(diǎn)。

（來(lái)源：Nature）

你可能聽(tīng)說(shuō)過(guò)有些蜥蜴有第三只眼睛，但是寒武紀(jì)的這些小魚(yú)竟然有兩對(duì)功能完整的眼睛。一對(duì)較大的眼睛長(zhǎng)在頭部?jī)蓚?cè)，就像現(xiàn)代魚(yú)類一樣。另一對(duì)較小的眼睛則位于頭部正上方，排列在中間位置。這種獨(dú)特的布局讓這些遠(yuǎn)古生物幾乎擁有 360° 的全景視野。

（來(lái)源：Nature）

當(dāng)這條小魚(yú)在遠(yuǎn)古海洋中游動(dòng)時(shí)，側(cè)面的眼睛負(fù)責(zé)觀察前方和兩側(cè)的景物，而頭頂?shù)难劬t專門(mén)負(fù)責(zé)監(jiān)視上方的動(dòng)靜。這種視覺(jué)系統(tǒng)就像在頭部安裝了四個(gè)高清攝像頭，讓它們能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)來(lái)自各個(gè)方向的危險(xiǎn)。在充滿掠食者的寒武紀(jì)海洋里，這種能力無(wú)疑是生存的重要保障。

而針對(duì)上述黑色斑點(diǎn)進(jìn)行化學(xué)成分分析之后，確認(rèn)里面含有豐富的黑色素，并觀察到了保存完好的黑色素體，對(duì)于這些微小的結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)，它們也存在于現(xiàn)代動(dòng)物眼睛之中，主要負(fù)責(zé)吸收多余的光線。而在每個(gè)黑色斑點(diǎn)的中央，研究團(tuán)隊(duì)都發(fā)現(xiàn)了一個(gè)橢圓形的水晶體結(jié)構(gòu)，這證明這些古老的魚(yú)不僅可以感光，還可以像現(xiàn)代相機(jī)一樣形成清晰的圖像。

（來(lái)源：Nature）

為何現(xiàn)代的大多數(shù)脊椎動(dòng)物只有兩只眼睛，而這些魚(yú)卻有四只眼睛呢？本次研究指出，這四只眼睛事實(shí)上有著共同的起源。在胚胎發(fā)育的過(guò)程中，它們其實(shí)是來(lái)自腦部前端的同一組細(xì)胞。隨著時(shí)間的拉長(zhǎng)，在同一條進(jìn)化道路上，不同種類的動(dòng)物卻做出了不一樣的選擇。

對(duì)于七鰓鰻等原始魚(yú)類來(lái)說(shuō)，它們?nèi)匀槐Ａ糁欢ǖ牡谌谎劬δ堋６蠖鄶?shù)哺乳動(dòng)物頭頂?shù)难劬t有著不同的命運(yùn)，它們完全退化成為了負(fù)責(zé)生物鐘調(diào)節(jié)的松果體。這種變化也反映了生物從被動(dòng)防御到主動(dòng)捕食的生存方式上的變化。漸漸地，當(dāng)這些魚(yú)從獵物搖身一變成為獵人的時(shí)候，由于深度視覺(jué)和立體視覺(jué)的需求的增加，使得頭頂?shù)难劬χ饾u變得不再重要，這大概也是用進(jìn)廢退法則在古生物上的體現(xiàn)。

（來(lái)源：Nature）

五億年前的寒武紀(jì)是生命大爆發(fā)的時(shí)期，海洋中突然出現(xiàn)了各種各樣的生物。與此同時(shí)，這個(gè)時(shí)期也是掠食者與獵物之間瘋狂競(jìng)賽的開(kāi)端。彼時(shí)，海洋中甚至生存著長(zhǎng)達(dá)一兩米的巨型掠食物比如奇蝦和鰓曳動(dòng)物，它們無(wú)一例外都長(zhǎng)有復(fù)雜的視覺(jué)系統(tǒng)。

在面對(duì)這些龐然大物的時(shí)候，本次研究中的魚(yú)可能只能依靠視覺(jué)來(lái)躲避危險(xiǎn)。本次研究中的化石證據(jù)顯示，它們經(jīng)常成群成群地出現(xiàn)，事實(shí)上這可能是一種古老的群體防御行為，就像今天的沙丁魚(yú)群一樣，數(shù)量本身可能就是最好的保護(hù)。

就本次研究中的小魚(yú)來(lái)說(shuō)，四只眼睛可以提供 360° 全方位的視野，再加上群體生活智慧的加持，讓這些柔弱的小生物在危險(xiǎn)的遠(yuǎn)古海洋中找到了專屬的生存之道。

就研究意義來(lái)說(shuō)，本次成果或?qū)⒏膶?xiě)人類對(duì)于視覺(jué)進(jìn)化歷史的認(rèn)識(shí)，能夠?yàn)榉律曈X(jué)技術(shù)的創(chuàng)新提供新的靈感。如若現(xiàn)代機(jī)器人也能像這些遠(yuǎn)古小魚(yú)一樣擁有全景視覺(jué)，也許可以帶來(lái)更多的技術(shù)革新。它對(duì)于當(dāng)代科技的啟示在于，通過(guò)解析四眼視覺(jué)系統(tǒng)的工作原理，或可將其借鑒到AI技術(shù)和機(jī)器人技術(shù)之中。

譬如，自動(dòng)駕駛汽車可以借鑒這種小魚(yú)的全景視覺(jué)概念，利用多個(gè)攝像頭的協(xié)同工作來(lái)實(shí)現(xiàn) 360° 無(wú)死角的環(huán)境情況感知。再譬如，在醫(yī)療領(lǐng)域人們正在開(kāi)發(fā)仿生眼睛，旨在幫助視覺(jué)障礙者重見(jiàn)光明，而基于本次成果來(lái)理解原始生物的眼睛工作原理，能夠?yàn)樵O(shè)計(jì)更加高效的人工視覺(jué)系統(tǒng)帶來(lái)參考。畢竟，自然界歷經(jīng)五億年打磨的智慧方案，往往會(huì)比人類專家的初版方案要精妙得多。

此外，這一成果也將為古生物學(xué)界帶來(lái)新的思考，例如可以通過(guò)重新審視其他化石標(biāo)本，來(lái)尋找更多四眼動(dòng)物的證據(jù)。同時(shí)，基因?qū)W家也可以探索如何去控制眼睛發(fā)育的基因網(wǎng)絡(luò)，看看為何有些眼睛退化，而有些眼睛保留了遺傳密碼，最終這些都將幫助人類更多地還原生命演化的完整圖景。

參考資料：

1.https://www.nature.com/articles/s41586-025-09966-0

排版：olivia