近期一项突破性研究,颠覆了人们长期以来对脊椎动物眼睛进化起源的认知,揭示了包括人类在内的脊椎动物共同拥有的惊人遗产,其历史可追溯至近6亿年前。
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人体是自然界最复杂、最奇妙的造物之一。
几十年来,科学家们一直试图了解为什么人类的眼睛与其他生物的眼睛有如此巨大的差异。
这个困扰进化生物学家近百年的核心谜题,终于有了颠覆性的答案。
2026年2月发表于《当代生物学》的一项国际合作研究,彻底重构了脊椎动物视觉的进化叙事:我们用来观察世界的双眼,并非从头演化的全新结构,而是由6亿年前两侧对称动物头顶的一枚复合中眼,经过“丢失、拆解、重组、再利用”的曲折路径演化而来。
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在绝大多数两侧对称动物中,感光系统有着高度保守的分工:成对分布在头部两侧的眼睛,以横纹肌型感光细胞(r型)为核心,负责运动导航、物体识别等成像视觉功能。
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而位于头部中线的中眼,以纤毛型感光细胞(c型)为主,仅负责昼夜节律调控、身体姿势校正等非视觉感光任务。
但脊椎动物是唯一的异类:我们的成像眼睛,核心感光元件是c型的视杆、视锥细胞,而视网膜内负责信号处理的神经节细胞、水平细胞,却带着明确的r型细胞分子印记,甚至部分细胞仍表达r型感光蛋白。
这种“两套系统混搭”的特殊结构,长期以来无法用传统进化模型解释。
这项由瑞典隆德大学、英国苏塞克斯大学团队完成的研究,通过跨物种感光系统的比较解剖、单细胞转录组分析和发育遗传学溯源,提出了全新的演化路径:脊椎动物的早期(大约6亿年前),源于一种生活在深海中的微小蠕虫状海洋生物,它以滤食水中的浮游生物为生,过着一种基本静止不动、被动的生活。
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这使它们不再需要依赖侧眼进行快速运动导航,以至于成对的r型侧眼彻底退化丢失,仅保留了头顶的复合中眼。
这枚中眼并非简单的感光点,而是已经整合了c型和r型两类感光细胞,形成了能分辨水体深度、昼夜光周期、身体俯仰角度的复杂感光回路,帮助它们在昏暗的洞穴和水体中生存。
当这些早期动物重新回归活跃的游泳生活,对定向、成像视觉的需求重新出现时,它们没有重新演化出成对侧眼,而是对这枚复合中眼进行了“改造升级”:一部分结构特化为保留原始功能的松果体,另一部分则向头部两侧迁移、扩张,逐步形成了成对的视网膜。
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寒武纪早期脊椎动物化石中发现的两对眼睛结构,也为这一“中眼拆分、侧化”的演化路径提供了直接化石证据。
而脊椎动物视网膜独有的双极细胞——连接c型感光细胞和r型神经回路的核心“桥梁”,并非全新演化的细胞类型,而是有着双重祖先:负责传递光减弱信号的Off型双极细胞,源自中眼里的c型效应神经元;负责传递光增强信号的视杆On型双极细胞,则来自中眼里同时具备c型和r型特征的嵌合感光细胞。
这一“双起源”模型,完美解释了视网膜的层状回路逻辑,也为中眼起源假说提供了最核心的分子证据。
大量跨物种数据支撑了这一结论:最原始的脊椎动物七鳃鳗,其松果体同时存在与视网膜视杆、视锥同源的感光细胞,以及与视网膜神经节细胞同源的r型投射神经元,甚至形成了独立的局部感光回路;斑马鱼的单细胞转录组数据也显示,松果体细胞与视网膜细胞有着极高的分子同源性。
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而人类大脑中至今保留的松果体,仍具备感光能力,通过分泌褪黑素调控昼夜节律,正是这枚古老中眼留下的“活化石”。
这项研究不仅彻底解决了脊椎动物眼睛起源的百年谜题,更颠覆了“进化是线性创新”的固有认知:生命最擅长的,从来不是从零开始的发明,而是对已有结构的创造性再利用。
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