一個沒有進化出視覺的生物,可以意識到光的存在嗎?

比如,一種智慧生物,有極其精密的聽覺(比如蝙蝠),然後發展出了一整套依靠聽覺的認知系統。他們的"燈"向外發出聲波,然後就房間內的東西就可以被他們"看到"。甚至可以根據反射聲音的特點來定義"顏色"。但他們會發現光的存在嗎,即使發現了,他們所理解的光和我們所理解的光會是一樣的嗎?創建於 2017-01-02


一句話回答這個問題的話,就是生物不需要視覺也能感受光,畢竟光感受器的誕生比視覺系統早太久。

細菌,植物都沒有視覺系統,但是它們也能感受光。

圖1,光合細菌會在相應波長的光下聚集,這些波長對應其光系統的吸收峰,注意紅外區也有吸收。

圖2,光合細菌在光照下的定向菌落移動。

要詳細回答這個問題,得從分子層面上了解生物是如何感受光的。從機制上來講,有這麼三種感光分子機制:

1)利用視黃醛等分子的順反變化來感光。

圖3,視黃醛循環。視黃醛在光照下會進行異構,由11-順式變成全反式,激活視紫紅質,下游信號由G蛋白偶聯。還有其他分子可以在光照下發生構象變化,達到感光的作用。

2)利用黃素的光化學反應來感受光。

圖4,黃素結合蛋白也是一大類的感光蛋白。主要機理是黃素可以在光照下進行氧化還原反應,可以和蛋白上的半胱氨酸殘基結合,導致整個蛋白構象變化,以此來感光。

3)利用維生素B12的配體分子光解的性質來感受光。

圖5,B12的卟啉環上方配體會被光解(左),導致蛋白整體結構和黑暗情況下(右)不同,以此來感光。這個機制最近才被發現,比較新。

這些感光分子下游都會有一系列的諸如動作電位產生,轉錄調控,鞭毛運動等機制來應對感受到的光。對於早期生命來說,強烈的陽光照射是致命的,所以為了生存,進化出一套感光機制是必要的。稍後期一些,光合細菌進化出了利用光來產能的機制,而地球上的晝夜變化導致的光周期性有無也要求細菌在有光和無光時候調整自己的代謝途徑,以更好生存。總的來說,對光的感受的需要在視覺出現前很久就有了。

另一個方面,生物也進化出了不一樣的彩色視覺機制。人類利用不一樣的感光細胞感受不同波長的光,但是近期的一篇文章指出,頭足類會利用不一樣的瞳孔結構,把不一樣波長的光線投射到視網膜上不同的區域,用這種空間上的分離達到用一種感光細胞就能分辨顏色的效果。

這個答案沒有直接回答能否「意識」到光的存在,因為我覺得「意識」是個比較玄學的內容,從哪個層級的生物才開始有意識?能對光做出反應的簡單神經迴路算不算「意識」到光?這些問題並沒有明確的答案,所以在這裡還是不討論了。

參考文獻有時間再列好了......


為什麼要把思考範圍局限在動物呢? 想想,植物不就是這樣的么?

所有帶葉綠體的東西,都可以不通過眼睛/視覺去感受光啊。

而且,其實它們也是可以感受到不同顏色的光的,只是顏色對於它們的定義不太一樣而已。

說不定對他們來說是不同波長,說不定是不同能量。

它們細胞內不同的色素,就是可以對不同波長的光有針對性的吸收。這樣就可以「感受」到不同顏色的光了。


紅外線測溫儀

1800年,英國物理學家赫胥爾在研究各種色光的熱量時,有意地把暗室中唯一的窗戶用木板堵住,並在板上開了一條矩形的孔,孔內裝一個分光稜鏡。當太陽光通過這個稜鏡時,便被分解成彩色光帶。在試驗中,他突然發現一個奇怪的現象:放在光帶紅光外的溫度計,比室內其它溫度計的指示值都要高。
經過多次試驗,這個所謂含熱量最多的高溫區,總是位於光帶最邊緣處紅光的外面。於是赫胥爾宣布,太陽發出的光線中除可見光外,還有一種人眼看不見的「熱線」,這種看不見的「熱線」位於紅色光外側,因而叫做紅外線。

紫外線是怎樣發現的

1801年,里特在研究太陽光譜時,想要了解太陽光分解為七色光後到底有沒有其它看不見的光存在。當時他手頭正好有一瓶氯化銀溶液。人們當時已知道,氯化銀在加熱或受到光照時會分解而析出銀,析出的銀由於顆粒很小而呈黑色。這位科學家就想通過氯化銀來確定太陽光七色光以外的成份。他用一張紙片醮了少許氯化銀溶液,並把紙片放在白光經稜鏡色散後七色光的紫光的外側。過了一會兒,他果然在紙片上觀察到醮有氯化銀部分的低片變黑了,這說明太陽光經稜鏡色散後在紫光的外側還存在一種看不見的光線,里特把這種光線稱為紫外線。

首先證實無線電波的人--赫茲

赫茲還用1.5米高重500千克的大塊瀝青做成三稜鏡,讓電磁波通過,和光一樣電磁波也發生折射。他測得最小偏向角為22°,三稜鏡的頂角是30°,由此算出瀝青對電磁波的折射率是1.69。他還用「金屬柵」顯示了電磁波的偏振性。


不用糾結是可見光還是電磁波了,其實人類也有感受光的『非視覺』系統。

在說非視覺之前,簡單介紹一下視覺系統。下圖是人的視網膜構造,視覺形成主要依靠視網膜上負責感光的視錐細胞(cone)和視桿細胞(rod),人的視網膜有 1.1 ~ 1.3 億視桿細胞,600 ~ 700 萬視錐細胞,第二層是雙節細胞(bipolar cell),大約有 10 到數百個視細胞通過雙節細胞與一個神經節細胞聯繫,負責聯絡,第三層是神經節細胞(ganglion cell),負責傳導。所以視覺傳導通路是:感受器→雙節細胞→節細胞→視神經→視交叉→視束→外側膝狀體→視輻射→內囊枕部→枕葉視區。

然而,除了視覺系統外,還有感受光的『非視覺』系統,比如生物鐘。看過我之前的回答的話,就知道生物鐘會受到光線的影響。(沒看過的看這裡:22:00 - 6:00 睡眠真的比 2:00 - 10:00 更健康嗎?)

當年,科學家們為了找到哺乳動物體內生物鐘的位置可以說是用盡心思,腎上腺、性腺、腦垂體、松果體、甲狀腺、胰腺……一次次實驗,把小鼠全身幾乎剝了個遍,小鼠體內的生物鐘都還保持規律,最後發現在破壞下丘腦前部組織後小鼠體內規律的生物鐘消失了,後來這個組織被命名為視交叉上核(SCN),被證實也是人體中央時鐘所在。

小鼠大腦沿中線切面示意圖

光線如何影響視交叉上核也是一個需要解決的問題,另有一位科學家通過注射帶同位素標記的氨基酸到小鼠眼球,通過追蹤放射性物質,找到視網膜到視交叉上核的通路。他發現並不是視覺形成所依靠的視錐和視桿細胞,而是一種表達了黑視素的神經節細胞,黑視素就是一種感光物質。之後在爪蟾皮膚黑素體也發現了黑視素,所以爪蟾皮膚也是可以感光的。黑視素神經節細胞對光的反應比視錐細胞和視桿細胞的閾值高,反應速度慢,波長也不盡相同,黑視素神經節細胞最敏感波長為 484 nm,之前也提到過,藍光對生物鐘影響最大。

這也就順便回答了一個問題:盲人有晝夜節律嗎?如何形成的? - 心理學 - 知乎

除此之外,鳥類等其他動物的生物鐘系統和哺乳動物也不一樣,能夠從眼睛以外的其他器官獲取光線信息。家雀摘除雙眼後的棲息行為仍然可以和光暗循環相適應,說明它可以以眼球以外的器官作為生物鐘的光感受器。

松果體,蜥蜴的頂眼,硬骨魚的松果體旁器,還有一些隱藏在大腦深處的光感受器……人類也有松果體(分泌褪黑素),但不可以感光,其他非哺乳動物的脊椎動物松果體大都可以感光。

蜥蜴的頂眼

更廣泛的,皮膚的光敏感性在蝸牛、蛙類、以及蜥蜴中都已經得到證明,但是這些皮膚上的光感受器並不會將信息傳給生物鐘。

連進化出視覺的人類都還保留著『非視覺』系統的光感受器,低級的生物更加普遍。


應該不太好辦,因為 通常聲和光有一些很大的區別

1.頻率。常見的光的頻率比聲音的頻率大幾個數量級,比如802.11ac採用5GHz頻段,而這個頻率依然屬於「微波」,而目前使用的超聲波則屬於MHz頻段,因此聲波相比光波非常容易發生衍射,因此,「光學探測的解析度比聲學探測的解析度要高出幾個數量級」。這樣,很有可能這個靠聲音吃飯的物種能夠使用的儀器都是泰坦造物,這就限制了他們早期爬科技樹的速度。

2.相干性。大部分光的相干性很差,因為光是橫波,所以單光子有偏振,而大多數光源發出的光子之間的偏振方向和相位是雜亂的,因此在宏觀尺度看來毫無相干性。但是聲波是縱波,所以不同的聲音很容易發生相干,這為聲學探測又增加了障礙。

3.波源。我們有太陽這個波源,但是地球能夠探測到的聲波必須來自地球,而地球上沒有東西能持續提供穩定的聲波,所以這些瞎子生物只好生活在黑暗之中——直到有生物點亮「火種」,然後「火種」隨著燃料耗盡而熄滅,然後有一個……啊對不起跑題了。

4.衰減和吸收。聲波,尤其是高頻的超聲波,在各種介質中很容易發生衰減,通常衰減程度比光要高,當然也有例外。而強度較高的高頻超聲波還會有空化作用,導致很大程度的衰減。而當頻率和強度足夠高的超聲波作用於生物體時,這種空化作用和會導致生物體損傷……當然,高頻電磁波也會造成生物體損傷,但是所需的能量和頻率就差遠了。

當然,一旦他們開始研究電磁相互作用,那麼電磁波的發現是必然的。

但是我並不覺得這些使用泰坦造物的傢伙們能對電磁波做些什麼。

當然,如果有存在於另一個位面的天生可以觀測介子流,膠子流,w波色子流z波色子流的智慧生物,那麼他們們也會認為我們使用的東西是逼格贊逼格,而且,如果這些生物存在,我敢肯定他們的科技比人類的科技發展要快得多。

不過話說回來,在引力波尺度上的智慧生物才是真·泰坦。


首先要定義什麼叫做光的存在

光的本質是電磁波,眼睛只是將電磁波感官化的一個系統而已

電磁波感官化還有好多系統,比如觸覺,比如蛇類的熱成像,而後者甚至能夠成像

當然蛇還是有眼睛的


人類對於紅外線和紫外線就是瞎子,但是還是發現了他們。


這個問題背後實際是這樣一個問題,如果一個生物沒有視覺(識別某一波段的電磁能譜),能否進化到足夠的智力水平來理解世界,甚至發展出物理學。

我認為不可能,只有足夠複雜度的生物才可能發展出更複雜的智力,而足夠複雜度的生物必然需要一個複雜的生態系統來進行進化,這樣一個生態系統需要可觀的能量輸入來維持基本的能級。從目前的自然環境來講,來自恆星的光輝是一個可靠的能源來源——來自行星內部的熱量比如潮汐能或地熱加熱的能量的穩定性要差得多。在依賴恆星電磁輻射的環境當中無視它是不可理解的。

另外碳基生物沒有可靠的擺脫液態水限制的證據,即使在黑暗的地下海洋,存在依賴地熱的生態環境,一旦進化在某個岔路上點燃了生物發光,生態位的優勢就顯然而然的確立並且會長期保留。

可以說只要生物的生理基礎是電磁作用,完全無視這樣一種必然伴隨存在的遠距作用是不符合進化規律的。

除非存在這樣一種生物,其基本新陳代謝並非依賴於電磁作用,而是強相互作用(中子星生物之類)甚至引力作用(星雲生物),才有機會滿足這一設定。前者的能級太高,如果出現文明卡爾達舍夫等級會非常高,後者的尺度可以在極遠距離觀測,在費米悖論被推翻之前,可以無視其可能性。


紅外線會讓它感到熱,紫外線會刺激。這些都是光。

人類沒進化出探測不可見光的器官,但是現在連引力波都探測了。


類比人類意識到紅外線紫外線的存在就行了


他們能意識到光的存在,但對光的認知會與我們有諸多不同。

前面數位答主以不可見光為例佐證了智慧生物可以通過間接的方式擴展自己的感官,得到可以認識到光的存在這一結論,我稍稍的把範圍擴展一點點,可能更加容易理解吧。

我們知道光本質上是一個頻率範圍內的電磁波。由於人的視覺的存在,我們對電磁波最原始的認識來自於電磁波譜中的可見光部分,亦即光。隨後我們認識到不可見光的存在,最後電磁理論的完善讓我們認識到了電磁波譜,知道了光是電磁波的一種。如果說不可見光還是以光的形式出現在人們的頭腦中,那麼電磁波與光在大多數人的頭腦中就是兩個徹底分離的概念了。

那麼是什麼讓我們產生了光波與電磁波這兩個用以描述同一物理現象的概念呢?就是我們的視覺了。正是因為人類能夠接受到部分電磁波,才使得人類能夠通過物體對光波的反射或物體本身發射的光波來對物體產生一個認知。至於物體對於其他波段的電磁波的反射和發射,人類是沒有認知的。如果人類並不能接收光波,而是使用類似蝙蝠的聲波這一機械波來認識世界,那麼光作為電磁波的一部分應當是單純的作為電磁波的一部分被人類所理解的,這樣自然也不會有什麼顏色的概念,即使沒有視覺,人類也會在對電磁波的研究中一併得到對光的存在的認識,但這樣的人類不會給出光這樣一個定義,而是會將可見光併入電磁波譜中,成為一個和微波短波長波沒有區別的一個波段,亦即對光的認知與人類不同。

我們也可以思考這樣的一個問題:彩色和黑白的問題,假使人類只有一種感光細胞,並不能區分顏色,但是不會影響人類的生活工作,就好像黑白電視與彩電相比一樣,都能傳輸基本的信息。這樣的人類一樣能認識到光,但不會認識到顏色,也就是用色覺來代替問題中的視覺,這樣的人類不會產生顏色的觀念,但是隨著對光的研究的深入,他們也會認識到電磁波的頻率的問題,也會認識到自己所能接受到的電磁波是一個頻率區間的,他們不會認識到顏色的不同,但能認識到本質上的頻率的不同。

當然啦,如果問題里的光指的是光這個概念,那麼就好像顏色這個概念不會出現在黑白圖像里一樣,光這個概念也不會出現在一個沒有視覺的群體中。但如果是指光背後的電磁波這一物理現象,那麼和顏色背後的頻率一樣,是能夠被認識到的。也就是所說的能認識到,但認知有所不同。能認識到本質的存在,但由於外在表現本身就隨著認識的不同而不同,所以它們會有著不同的描述,也即不同的認識。


就這麼說吧,我趴著拔火罐兒的時候可以用皮膚準確的斷定我媽手裡的酒精棉球在哪。


有一個簡單的回答可以解決樓主的疑惑:

你聽說過向日葵嗎?


感覺 @馬前卒 督工的回答不夠全面,所以來補充一些觀點。

如果題主問題中的「光」指的是可見光,那督工的意思已經表達清楚了。電磁波譜的其他波段表現形式是不一樣的,即便無法以「視覺」的方式直接感知,也可以通過其特性來感知。

如果題主所說的「光」指的是電磁波,那麼以題主說的蝙蝠為例設想一種智慧生物,假設它們有聽覺系統,卻沒有感知電磁波的能力,那它們的科學家是否有可能發現電磁波?

答案是有可能的,因為光本身是一種能量的表現形式,可以與其他能量進行轉化。

比如督工提到的轉化為熱能,畢竟拿CO2激光器往身上一照,不管是不是瞎子,都會覺得疼,更不用說微波爐了。

再比如轉化為聲音,一種典型現象就是科學家所說的「光聲效應」。當物質受到光的照射,吸收能量之後會出現體積的變化,這種微小的變化會引起空氣的震動,轉化為聲波。如果光強是周期性變化的,那麼這種聲波就會持續下去,而且聲音頻率受到調製,從而被聽覺系統所感知。

不過我猜在此基礎上建立的對光的認識會很支離破碎,難以發現整個電磁波譜的本質,很有可能把一段電磁波稱為「熱以太」,一部分稱為「聲以太」了……


光的本質是電磁波,人類的眼睛只能看到一定頻率的電磁波,那麼其他頻率的電磁波人類是看不到的,然而人類還是發現了電磁波。只要是智慧生物,總有一天能發現的。


在我這個外行人看來,這個問題,只要看那個沒眼睛的有意識的假想生物能否對光作出反應並量化,問題我覺得很好打比方:在人沒學過光物理之前,能否意識到wifi信號的存在? 答案肯定是不行,因為人的眼睛看不見那種光,我們沒法感受,因此無法量化。既然大腦無法量化,怎麼去意識呢,假想生物也是如此。

你永遠想像不出沒見過的顏色,不過那個顏色是不可見光,也是光,而假想生物連光都看不見。

不過知識就是力量,我們看不見中微子,但我們知道有這麼個東西,跳過感受,直接意識到它的存在。沒有確定假想生物有多智能之前,沒法判斷……

我突然想到為什麼不用盲人來舉例?(沒歧視的意思)

假設地球人全是沒有眼睛的,跳過發展階段,等達到了現實中人類的智力水平,我們不會出現"光"這個詞,全算電磁波……


純屬個人臆想。

植物也沒有眼睛,為什麼都可以有向陽性呢?題主是不是想表達植物人?呵呵呵

一直以來我們對「生物」這個詞的理解其實很狹隘的。因為我們認識的動物,僅僅來自地球。來自這個可以呼吸氧氣呼出二氧化碳的生物生活的地方。

但生物會不會是多種形態呢?狹隘的我們沒有「見」過,怎麼敢去表達「可能」或者「不可能」?

若是以固態的氧氣和水作為食物的耐寒生物呢?

若是有可以忍受高溫的生物呢?不敢說太陽表面,其他恆星附近的耐炎熱的生物就不可能存在嘛?

暗物質我們也沒見過,那麼在暗物質中就沒有生存著的生物嘛?

至於他們呼吸什麼,吃什麼,我們猜都猜不到。

宇宙這以億為計算單位的地方,我們怎麼敢狹隘地覺得光就是物質的極限呢?我們根本看不到的物質占宇宙的百分之九十以上,感光又是個什麼門檻呢。

只是個人的一點想法,不知道合不合題主胃口。


我沒有任何器官可以感知wifi信號,但我的手機可以上網了。


既然太陽光載有熱量,那麼許多動物都可以感受到。

哈哈,開個玩笑。


被高功率激光打到燒得嗷嗷叫也算……對吧……


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