為何同是貓科,貓瞳孔是蛇樣的?

虎豹獅子兔猻都是人樣的啊……


觀察的好仔細!

動物界中,尤其是脊椎動物中,縫狀瞳孔(slit shaped pupils)與圓形瞳孔都是十分常見的,甚至如題主所說,同一綱或同一科的動物中瞳孔的形狀也可能不同,例如體型較小的喵有縫狀瞳孔,而同一科中體型較大的虎則是圓形瞳孔。

縫狀瞳孔出現的原因之一,簡單說就是在光線較強需要縮小瞳孔的情況下,盡量使進入眼中光都可以準確的對焦到視網膜上。

為什麼圓形瞳孔做不到這一點呢?這裡首先引入一個概念:球面像差(spherical aberration)。球面像差指的是,光線經過球面鏡的折射時,靠近光軸的光線和經過透鏡邊緣的光線並不能如理想狀態那樣相交於焦點,因此造成物象不尖銳、不清晰的現象(圖1)。球面像差也是影響望遠鏡或者照相機的成像清晰度的原因之一。

圖1 球面像差示意圖(維基百科)

圖1中顯示的是相同波長的光線經過透鏡折射後會出現球面像差,類似的是,不同波長的光線在透鏡中的折射率也是不同的,最著名的例子就是白光透過三稜鏡後被折射出彩光,其中波長最短的紫光折射率最大,波長最長的紅光折射率最小。因此不同波長的光被球面鏡折射後,也不會聚焦於相同的一點。

而大家都知道,眼睛中負責折射光線的部分是角膜和晶狀體,兩者都可以算作球面鏡,所以球面像差在眼的成像過程中也是存在的。如果進入眼中的光線沒有聚焦在視網膜上,就會對成像的清晰度造成影響,因此很多動物進化出了多焦點視覺系統(multifocal optical system),即晶狀體的不同部分對光的折射率不同,因此會儘可能避免球面像差,從而將入眼的光線成功匯聚在視網膜上(圖2)。

圖2 眼中球面像差示意圖。圖中的晶狀體分為A、B、C三個區域,分別可以將綠光、黃光、紫光準確對焦在視網膜上。可以看到綠光1、2由於被區域B、C折射,所以沒能準確對焦。(Malmstrom Kroger 2005)

這種情況下,如果是圓形瞳孔,收縮的時候可能會完全遮住C區域,使紫光無法對焦;而縫狀瞳孔就很好的解決了這個問題(圖3)。

圖3 A為瞳孔完全放大情況;B為圓形瞳孔收縮時,遮住了紫光區;C為縫狀瞳孔,涵蓋了全部折射區域(Malmstrom Kroger 2005)

以上就可以較好的解釋縫狀瞳孔的存在啦。科學家們曾經猜測,如果縫狀瞳孔的存在只是這一個功能的話,那麼它就應該與多焦點視覺系統共存,但是之後的研究中也發現了一些多焦點視覺的動物卻擁有圓形瞳孔,例如頭足綱中的某些烏賊。因此其進化學的意義仍在討論中,尚無定論。


因為生活習慣的需要,通過瞳孔的變化提高相應視覺的敏感度。眼睛有一定的視野,但是是有選擇性的,不會看清全部視野的信息,選擇想看得信息,排除些沒用的。
舉個例子:青蛙

青蛙橫相的眼睛,青蛙視覺對橫向或斜向移動的物體敏感,對上下移動的物體視而不見。因為青蛙大腦不夠處理全部視覺圖像,所以術業有專攻,容易抓爬的蟲子。
貓:

貓身材較小,草都比它高。貓白天不是捕獵時間,更在意安全,豎的瞳孔方便它觀察上方的變化不用抬頭就能敏感的看清楚。晚上上方安全些,變回圓瞳孔方便捕獵。
蛇趴地上的,豎的瞳孔也是為了方便看上方,伏擊獵物。


那是他們的瞳孔沒收縮


貓科分大貓和小貓,瞳孔能眯縫的屬小貓,圓形瞳孔屬大貓。因此儘管美洲獅身材巨大,它還是屬於小貓。


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