长着巨大眼睛的微小蠕虫可能拥有“秘密语言”

如果人类的眼睛有这么大,我们的体重将增加约 220 磅。
a transparent marine worm with two large reddish-orange eyes on the top of its head
Vanadis 刚毛虫的身体几乎完全透明,但眼睛却巨大无比。Vanadis 是挪威爱神芙蕾雅的昵称。Michael Bok

蠕虫的身体可能看起来没那么有趣。然而,仔细观察还会发现,有些蠕虫会利用额外的附肢像“魔毯”一样在水中移动,而有些蠕虫则会断掉自己的臀部来繁殖。科学家们现在发现,一种刚毛虫配备了由两只巨大的眼睛主导的复杂视觉系统。

Vanadis 刚毛虫的眼睛可能利用紫外线 (UV) 进行交流和寻找配偶及/或食物,而这在自然界中尚未得到充分记录或研究。这些蠕虫也可能是已知的少数几种利用紫外线发光的生物发光动物之一。相关研究结果发表在 4 月 8 日的《Current Biology》杂志上。

认识 Vanadis 刚毛虫

本研究中的 Vanadis 刚毛虫生活在地中海那不勒斯以西庞扎岛周围。它们属于一种名为多毛类的大眼刚毛虫家族。它们身长约六英寸,主要以浮游生物、藻类和死亡生物的有机碎屑为食。这对蠕虫的眼睛重量约为其余头部重量的 20 倍,看起来像是两只巨大的红色眼球固定在身体上。如果人类的眼睛也具有如此大的比例,我们将需要额外携带约 220 磅的重量。由于这些蠕虫是夜行性的,白天就会消失,科学家们想知道它们在夜间用眼睛做什么,以及眼睛的用途是什么。

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这项研究中,来自丹麦哥本哈根大学、瑞典隆德大学和意大利特尔西亚大学的研究团队在浅水区手工采集了三种刚毛虫,并在实验室对其眼睛进行了详细分析。他们发现 Vanadis 的视力比以往认为的更好、更先进。尽管神经系统相对简单,但它的眼睛能够看到非常小的物体并追踪其运动。

一种用于交配的“秘密语言”

研究团队仍在试图弄清楚它们是如何进化出如此敏锐的视力的。蠕虫的身体是透明的,除了眼睛需要接收光线才能正常工作。这意味着它们本身不可能完全透明,因此眼睛的可见性一定伴随着某种进化上的权衡。拥有透明身体和可见眼睛的某些方面一定具有进化优势,可以抵消其后果。

它们从这些特征中获得了什么仍然不完全清楚,部分原因是它们白天不出来活动,而白天通常是眼睛发挥最佳作用的时候。

“没有人白天见过这种蠕虫,所以我们不知道它藏在哪里。因此,我们不能排除它在白天也使用眼睛的可能性,”哥本哈根大学的海洋生物学家和神经科学家 Anders Garm 在一份声明中表示。“我们确实知道的是,它最重要的活动,如寻找食物和交配,都发生在夜间。所以,它的眼睛很可能在此时发挥作用。”

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研究团队认为,部分解释是这些蠕虫可以感知比人类更广泛的光波长。与许多鸟类驯鹿和其他更复杂的生物一样,这种蠕虫的视觉能够看到人眼无法看见的紫外线。这可能表明,眼睛的目的是在漆黑的夜晚海洋中看到生物发光信号。生物发光发生于生物体能够自行发光。萤火虫就是一个著名的例子,它们利用特定的化学物质在体内发光。

“我们有一个理论,认为这些蠕虫本身具有生物发光能力,并通过光进行交流。如果使用正常的蓝光或绿光进行生物发光,你也有可能吸引捕食者,”Garm 说。“但如果蠕虫改用紫外线,那么它就不会被除了同类以外的其他动物看到。因此,我们的假设是,它们进化出了敏锐的紫外线视觉,以便进行与交配相关的秘密交流。”

这些蠕虫可能还需要注意寻找紫外线生物发光猎物。无论其用途是什么,据 Garm 称,Vanadis 蠕虫可能成为第一个被证明能自然产生紫外线生物发光进行交流的动物。

机器人研究与进化辩论

研究团队已开始与丹麦南部大学的机器人研究人员合作,以更好地理解这些眼睛背后的机制,从而将其转化为技术

“我们正与机器人研究人员一起,努力理解这些大脑相对简单的动物如何处理如此大的眼睛可能收集到的所有信息,”Garm 说。“这表明它们的神经系统存在非常智能的信息处理方式。如果我们能通过数学方式检测到这些机制,它们就可以集成到计算机芯片中,用于控制机器人。”

除了机器人技术,它们的眼睛还可以帮助解决一个关于进化理论的重要争论。眼睛是只进化过一次,然后演变成我们今天所知的各种形式,还是在进化过程中曾多次出现?

Vanadis 的眼睛结构相对简单,但功能却非常先进。它们在短短几百万年内就同时进化而成,这是进化史上的相对短暂的时间。这些蠕虫的眼睛很可能独立于人类等更复杂的眼睛而发展,这可能有助于证明视觉的进化可以在相对较短的时间内完成。

 

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Laura Baisas

新闻编辑

Laura 是 Popular Science 的新闻编辑,负责报道各种主题。Laura 对所有水下事物、古生物学、纳米技术特别着迷,并探索科学如何影响日常生活。


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