为什么食草动物的眼睛在两边,食肉动物的眼睛在前面?
▍为什么食草动物的眼睛在两边,食肉动物的眼睛在前面?
如果你去动物园里观看一些我们熟悉的动物的话,你确实会发现,那些食草动物的眼睛基本是在两侧,而那些食肉动物的眼睛则基本在前面。
一直山猫的眼睛,图源:Dale Morris/Barcroft Media
不过,这并不绝对,特别是对于食肉动物而言,它们的两个眼睛并不是绝对的长在前面,事实上,和食草动物一样是长两侧的可能会更多,比如掠食性鸟类,大部分鱼类和爬行动物等等,即便它们是顶级捕食者,但它们的眼睛也基本是在两侧。
那么动物眼睛怎么长到底和什么有关系呢?为什么我们熟悉的那些食肉动物的眼睛都长在前面呢?
在进入讨论问题之前,我们需要了解一下动物眼睛的一些基本情况。
动物眼睛如何成像?
其实,我们眼睛的成像原理和凸透镜成像有点像,只是光线进入眼睛后会经过较复杂的处理,不是简单的一面凸透镜成像。
我们知道凸透镜成像的一个重要应用就是相机,如果你想知道我们眼睛看到的东西本来应该是什么样的,简单的回答就是和一张照片差不多。
那么现在有一个问题,既然我们的眼睛只是在“拍照”,为什么我们看到的是一个完全立体的世界呢,而不是像照片中一样是二维的?
其实答案很简单,这是大脑和两只眼睛配合工作的结果。
图:大脑和两只眼睛制造了深度
大脑会根据两只眼睛拍出的、略有不同的照片,简单地测算出“深度”这个纬度,这个其实很有趣,我们所看到的世界其实都是经过大脑“修饰”的。
大脑制造“深度”有一个关键点,那就是两只眼睛必须要拍到相同的场景才行,这就意味着两只眼睛必须在一个方向上,然后由于两只眼睛存在一定距离,所以拍到的场景就会略有不同,大脑就是根据这个来判断前面的物体距离你有多远的。
这里还有一个小知识,其实大脑对“深度”的推算只对短距离有效,对于人眼而言只有5米,大脑可以清楚地估算距离,超过5米的话,我们的大脑则会换成相对大小和相对运动来估算距离,变成一种经验判断,这个时候很容易出现视错觉。
图源:Tambako the Jaguar
如果只是一张普通二维照片的话,我们也能感受到“深度”,但是很难准确地判断距离。所以能够准确地感受“深度”,便是两只眼睛长在一个方向最显著的优势。
这个优势对于捕食者来说尤为重要,因为它们需要盯紧猎物,保持和猎物的距离以便更好地发起进攻。
这就是我们熟悉的那些食肉动物眼睛都长在前面的原因之一。
如果说两只眼睛长在一个方向上,可以得到一个“立体视觉”的话,那么两只眼睛长在两侧,它其实是可以得到一个“全景视觉”——可以做到360度基本无死角的探测。
对于食草动物而言,它们没有捕猎的需求,它们更多的需求是在危险来临的时候快速逃跑,而要更想快速地逃跑,那更快的发现捕食者就很重要。
眼睛长在两侧,可以大大增加了它们的侦测范围,看到各个方向上的捕食者,这有助于更快发现捕食者。
这个解释其实就是著名的“视觉捕食假说”,该假说认为食肉动物的眼睛长在前面是为了更好定位猎物。但就像我们前面说的,并不是所有食肉动物都是把眼睛长在前方的。
那么问题又来了,为什么狮子、老虎、狼这些掠食者需要把眼睛长在前面来判断“深度”,以便更好地定位猎物,而蛇、鱼、老鹰,它们的眼睛却不用长在前面也能做顶级捕食者呢?
大猩猩的眼睛,图源:JWJarrett
眼睛长在正前方的其它作用
关于眼睛的生长方式,灵长类其实是一个非常特殊的群体,无论是食草的大猩猩,还是纯食肉的眼镜猴,还是像我们人类一样的杂食者,眼睛都是长在正前方的。
这足以说明,眼睛长在正前方的动物并不完全是为了定位猎物,它还会有一些其它作用。
目前主流的还有两种假说,一个是认为两个眼睛都长在正前方会拥有更好的夜视效果;另外一个则是“X射线视觉假说”,意思就是说两个眼睛在同一个方向上的动物拥有透视的效果。
图源:BreatheFitness
猫头鹰和另外一些老鹰都是鸟类的顶级捕食者,它们最大的不同就是只有猫头鹰的眼睛是长在正前方的(鸟类的眼睛不需要长在正前方后面解释),其它鹰都长在两侧。
猫头鹰眼睛,图源:Denisapro
之所以猫头鹰的眼睛这么特别,其实原因就在于它是夜间捕食的动物,两个眼睛都长在前面的话,对于指定猎物来说,眼睛可以接收到更多的光,从而让夜间视力更加突出,这有利于夜间捕猎。
灵长类的祖先现在就被认为是夜间的捕食者——和现在的眼镜猴有点像,这是现在所有灵长类的眼睛都是长在前方的原因之一。
至于X射线视觉假说,很多人可能想不明白,眼睛和透视有什么关系。其实这个原理非常简单,只要我们在眼前放置一根笔,你就会发现,当两只眼睛同时看前方的时候,你可以看到笔后面的场景,但是当我们闭上一只眼睛,只用一只眼睛去看的时候,那么笔后场景会被比遮挡。
那些生活在杂乱的森林里的动物很多时候就需要这样长眼睛,以更好地在丛林中行动,这也是所有灵长类眼睛都长前面的另外一个原因。
最后:为什么一些猎食者不用把眼睛长在前面?
从前面我们对眼睛长在前面的作用来看,不难发现,眼睛这样长的动物不一定是为了更好地定位猎物,但肯定是会放大动物视觉感知的作用,或者增加对视觉的依赖。
但是其实动物无论是捕猎,还是判断何时逃跑,它们都不是只通过视觉,还有许多感官在起作用。
就拿蛇类来说,它们一般都匍匐在草丛中运动,眼睛对于它们来说是可有可无的,因为到处都是遮挡视野的杂草,有眼睛它们也看不见。
所以很多蛇都是高度近视,它们主要通过嗅觉和听觉来判断和定位列为,因此它们的眼睛怎么长对捕猎的影响不是特别大。
对于鱼来说也是一样的,它们也不是依赖视觉的动物,所以它们也不需要“立体视觉”来瞄准猎物。
至于一些老鹰的眼睛,它们确实是长在两边,但是那也不影响它们的“立体视觉”,这是因为它们的头很小,不会遮挡两个眼睛看向正前方。
如果你仔细观察那些眼睛长在两边的捕食者,你会发现,它们的头确实都很小,捕猎的时候它们的会迅速变成“斗鸡眼模式”。
▍为什么食草动物的眼睛在两边,食肉动物的眼睛在前面?
为什么狼的天敌是人?吃肉的动物,比吃草的动物眼睛更好看?
在大自然中,只要我们稍微留意周围的事物,便可以发现随处都充满了有意思的现象。就拿我们身边的动物来举例,你有没有发现那些在草原上吃草的动物有一个共同点,那就是它们的眼睛总是长在脑袋的两边;而那些主要吃肉的动物,它们的眼睛则几乎都分布在脑袋的正前方,难道平时多吃肉还能开眼角变得更好看不成?
众所周知,狼是一种具有灵敏的嗅觉、发达的听觉,并且还拥有锋利犬齿和裂齿的动物。它们中的大多数都喜欢群居,经常会一起出行追逐猎食,能够在较长的距离进行快速的奔跑。除了大部分海岛和南极洲之外,狼在世界各地都广泛分布着。它们通常在沙漠、森林、寒带草原、山地、草地和针叶林这样的自然环境中栖息,主要将啮齿动物和食草动物作为主要食物。
在我国,狼主要分布在内蒙、西藏和东北这些人口密度相对较小的区域,它们在世界范围内的分布区域都在缩小。狼群总是喜欢在夜间活动,它们可以通过自己的嗅觉和听觉来捕获猎物。虽然,它们也会吃昆虫和老鼠,但主要还是以羚羊、鹿和兔子为食。狼的确是肉食动物的典型代表之一,它们是食物链中典型的次级掠食者。
事实上,狼的捕食对象主要是中大型哺乳动物,它们对其所在区域的生态平衡起到了关键性的作用。如果说狼这一种动物还有什么天敌的话,那就是人类!即便狼群在面对人类的时候总是东躲西藏,但依然难以避免被人类猎杀的命运。如果你看到过狼在捕食动物时的样子,或许就会留意到它高度集中的注意力。
当我们将视线从狼,转移到整个食肉群体便会发现,似乎它们中的大多数都具有一个相同特征。这些肉食动物的眼睛总是长在脑袋的前方,而不是长在两边,然后就引发了这样的疑问:难道吃什么还能决定眼睛长在什么位置?事实上,像狼这一种肉食动物在猎食的时候,其主要的精力都用在了猎物身上。
在它们所生长的环境中,基本没有可以对其生命带来威胁的动物,这大概也是为什么,它们并不需关注不同视觉面下可能存在的危险吧。简而言之,肉食动物并不需要太大的观察范围,只有它们的双目可以集中到一个点的时候,才能将猎物与自己之间的距离进行更好的估算。
包括我们人类,倘若不是这样的双目视觉,便很可能连桌子上的筷子都容易抓空,视觉偏离会给我们的行动带来很大不便。相对而言,像牛这样的牲畜在我们的生活中会更常见一些,这是一种经常用来犁地的草食性哺乳动物。牛科动物都拥有强壮的体质,退化的犬齿和门牙让他们只适合吃草。
而它们身体里的胃之所以会存在四个室,其实是为了贮存草料和躲避敌害。不得不说,牛的确拥有很强的适应能力,它们总是能够很好的适应自己所在环境种的气候条件。并且,一旦它们觉得自己吃饱了之后,便会停止进食。作为素食动物的牛,不仅喜欢吃青草,还喜欢吃很多其他的绿色植物,所以它们的食物分布范围特别广。
在生活中,经常有人说牛怕红色,而斗牛士也经常用红色的布料和牛进行协作。然而,牛这一种动物其实并不会真的畏惧红色这种颜色,只不过是斗牛士手中的这块布料在移动的时候吸引到了牛的注意力,并且鲜艳的颜色也具有更好的舞台表现力。
左右摇摆的布料,吸引了位于牛头两侧的眼睛,这个时候你可能会疑惑,为什么牛的眼睛就要长在脑袋的两侧呢?其实这一切不过都是为了生存。食草动物的天敌总是那些食肉的动物群体,只有它们拥有更大的视线范围,才能在风险来临之前发现食肉动物的踪迹。
对于食草动物而言,它们需要让自己两侧的视力平铺到一个面上。关于食草动物为什么眼睛总是长在两边,我听过的一个最有意思的答案,应该是怕它们吃草的时候杵到了自己眼睛。这的确是我第一次听到这个说法,要是当时在喝水一定会喷出来,但仔细一想,好像还真有些道理。
我们都可以想象一下这个画面,草的外形特征一般都是尖尖的。要是这些吃草的动物眼睛都长在正前方,还真的很有可能被尖草伤害到眼睛。事实上,关于动物的食性和眼睛之间的关系,我们刚刚讲到的内容主要针对的是哺乳类动物。
这是一个符合大多数哺乳动物的身体构造特性,虽然,动物的食性的确对物种的进化带来了影响,但根本原因还是物种的生存能力。物种的进化方向,总是顺着如何更好的适应环境进行发展,这里面不经包括了自然环境,还包括了环境种存在的猎食者。
▍为什么食草动物的眼睛在两边,食肉动物的眼睛在前面?
眼睛是动物感知周围世界的重要器官,通过眼睛才能看到这个世界。大自然中,不同生物眼睛的结构,形态,位置会有一些不同。
通过仔细观察动物们的眼睛,我们会有一个有趣的发现,那就是大多数食肉动物的眼睛长在头部的前方,比如狮、虎、豹等,人类的眼睛也属于这类;而食草动物的眼睛则长在头部两侧,比如牛,马,兔子。难道是怕吃草扎到眼睛?为什么会有这样不同的生理特征?
这个看似不起眼的规律,其实是食草动物和食肉动物为了生存而进化出来的结果。这两类动物对于眼睛的需求有很大的不同,所以不同动物眼睛被放置在了最适合它们生存的位置。
眼睛生长的位置很重要,这决定了动物们的视野范围与视觉效果。生物学中,将长在头颅两侧的眼睛称为单眼视觉,长在头颅前面的则为双眼视觉,而这两种视觉方式各有各的的优劣势。
食草动物——单眼视觉
食草动物,由于处于食物链的较底端,是被捕食的一方,无时无刻不面临着危险。在它们低头吃草的时候,极有可能突然窜出天敌来袭击它们。为了能够及时躲避天敌,需要做到能够随时环视四周环境。
而长在侧面的眼睛,具有单眼视觉,两只眼睛单独作用,互不干扰,看到的是两个完全不同的画面,这就能够获得更开阔的视野,使视觉死角达到最小值。这样即使不回头,只微微左右扭头,视线就可以轻松扫射360度无死角的周边区域。
因此,即使它们在低头进食的时候时不时微扭脑袋,就可以及时捕捉来自各个方向潜伏的危险,一旦有一丝丝儿风吹草动,迅速逃脱,惹不起还躲不起嘛!这样就能很大程度地提高食草动物的生存几率,给了食草动物们安全感。
当然,单眼视觉也是有缺点的,因为两只眼睛的视野没有交集,所以无法锁定一个目标,也缺乏空间感。也就是说,单眼视觉看到的画面是没有立体感,是平面图。但这一点对食草动物来说,无关痛痒。
对于食草动物来说,最重要的是能够在捕食者接近自己之前察觉到它们。而不需要清楚地看到它或确切地判断它距离多近,只需要知道它进入了视野即可,然后一顿埋头狂奔就完事了。跑得快也是食草动物的一种生存之道。
食肉动物——双眼视觉
而食肉性的动物一般没有天敌,它们日常主要做的是狩猎。在追赶猎物的时候,食肉动物需要清楚自己和猎物之间的距离,才能更好的追捕。
这就需要双眼视觉发挥作用了。大多数食肉动物和杂食性动物,两只眼睛都是朝前长的,具有双眼视觉。双眼视觉中,两只眼睛看到的都是同一个画面,同时因为两眼略微分开,所以每只眼睛传递到大脑的画面略有差异,重叠之后就会感受到视野的深度,也就是说,大脑利用这种差异来构建画面的3D立体图像。
人眼能看得很清晰的就只有两只眼睛交汇区的画面,剩下的部分就是我们平常所说的余光,只能看清个大概,所以双眼视觉整体的视野范围是很小的。
虽说双眼视觉牺牲了视野范围,无法兼顾四周。但通过双眼的聚焦,可以增加对空间深度的感知力。根据看到的立体画面,从而对猎物的位置距离、移动速度能够做出准确判断,紧紧锁定住目标,再配合高速的奔跑就能够增加捕猎的成功几率。而食草动物不需要这种双目视觉优势,它们吃的草儿们,又不会试图跑掉!
当然,世事非绝对,并不是所有动物遵循“食肉动物双眼在前,食草动物眼在两侧”这个规律的。动物眼睛所长的位置,根本上还是根据自身所处环境、生存需求来决定的。
例如食素的猴类眼睛也是长在前方的,因为它们生活在树上,时常在树枝之间穿梭,这就需要很强的空间感来判断距离,才能在树间灵活移动。
总结,动物眼睛的位置,是由自身的生存需求最终决定的。大多数食草动物需要更广阔的视野来更敏锐地躲避天敌的追杀,食肉动物则需要立体视觉来判断猎物的距离,都是为了更好地活着。
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▍为什么食草动物的眼睛在两边,食肉动物的眼睛在前面?
因为这两个位置各有生存优势。
长在两边的眼睛被称为单眼视觉,如兔子,长在前面的眼睛则是双眼视觉,如猫头鹰。
图示:单双眼视觉各有优越性
单眼视觉有利于获得更开阔的视野,两只眼睛差不多是独立行事的,每时每刻它都在看两张不同的图片。这意味着你想从后面接近兔子是件很困难的事情,因为它稍稍转转脖子就能扫射360度。
图示:两只眼睛长在两侧的动物,白色的盲区是很小的。
而眼睛长在前面的动物,则拥有双眼视觉,两只眼睛通常不能独立行事,每时每刻都在看差不多同一张图片,只不过是从左右两边去看,人类就是眼睛长在前面的动物,你可以试试两只眼睛分别看两个物体,你会发现这很难受,而且啥也看不清楚了。我们能看清楚的是两只眼睛交汇区的事物,而剩下的部分,则被称为眼角的余光,能知道个大概尤其对移动敏感,但看不太清楚。双眼视觉通过双眼聚焦,虽然降低了视野的范围,但是却增加了对空间深度的感知能力。而左右两眼同时看同一个物体,正是制造3D电影的关键。
图示:最早的3D电影是红蓝3D,通过让左右眼分别接受两张来自左右不同角度拍摄的照片,这是通过红蓝滤光片来实现,制造出视觉上的3D场景。这种3D电影看起来不舒服,现在的3D电影则使用偏振光,但原理一样,都是从左右两个视觉去拍摄同一场景,把它们叠加到一起投影的屏幕上,让左边拍摄的图像进入左眼,右边拍摄的图像进入右眼。
所以,动物的眼睛长在哪里,主要与动物是更需要开阔的视野,还是更需要更精确的空间感知能力来决定的。许多食草动物眼睛长在了两边,那是因为视野开阔对这些动物的生存更加有利,方便它们发现潜伏到附近的食肉动物,而许多食肉动物将眼睛长到前面放弃了更开阔的视野,是因为如果猎物很多,那生存的关键就不在于发现猎物,而是如何更有效地抓住猎物,这需要力量、敏捷、速度和精确的配合,而精确就包括空间定位的精确。
掌握了这个原理,就知道并非所有的食草动物都更依赖开阔的视野,比如在没有天敌的生存环境中,比如在更需要空间视觉能力的生存环境中,这些地方的食草动物的眼睛,就可能长在前面,而不是两侧,反之对于需要更积极搜寻猎物的食肉动物,就可能需要更开阔的视野,比如一些食虫的小型食肉动物。
最终进化出长在什么位置的眼睛,是依据适者生存的原则来进行的,并非简单的按食草或食肉来区别。
让我们看几个例子吧。
首先,让我举一个食草动物,但同时眼睛却没有长在两边却长在前面的例子,来论证上面说的道理是真是假,能否经受得起检验。这种动物其实大伙儿应该不算陌生,也算曾经的网红动物,知名的萌物喔。不,不是大熊猫而是树袋熊,虽然吃竹叶的大熊猫的眼睛也的确长在前面而不是两边。
图示:树袋熊,澳大利亚知名萌物,也是澳大利亚的象征和国宝。
树袋熊又名考拉是生活在树上的食叶动物,它们只吃桉树的叶子,也是唯一吃桉树叶子的动物,因为桉树叶子有毒,别的食草动物如果吃了是消受不起的。这让树袋熊和我们的大熊猫有相似之处,大熊猫吃的竹叶虽然无毒,但也是别的食草动物基本不吃的。不过和大熊猫不同,树袋熊不是熊,它属于袋鼠目,和熊没有啥关系,它是专性吃素的动物 ,不像大熊猫曾经还是吃肉的,现在也偶尔吃肉,在动物分类上大熊猫属于食肉目中的熊科。考拉的眼睛长在前面和它的树栖生活很有关系,生活在树上可能需要更多空间感,而它又生活在没有天敌的澳大利亚,不太需要关心视野开阔及时发现捕猎者。
图示:大熊猫现在虽然改成吃素了,但它的祖先是吃肉的熊。
除树袋熊外,我在说一个更具有代表性的例子——猴子。猴子不是吃肉的动物,虽然某些猴子也机会性的吃点肉,但它们主要还是以水果树叶为生,猴子属于灵长目,它们的眼睛也同样不在两边而是在前面,而原因自然是因为猴子需要在树上跳跃,如果空间感不够好,大概就会直接摔死了。人类为啥眼睛也长在前面,因为这是生活在树上的老祖先的遗传,人类下地后,这个遗传也没发生太大改变,因为并没有专门吃人的动物,人类成群结对,在自我防御能力上并不低。
图示:中国特色种,金丝猴。
说了食素的动物,那也举一个吃肉的动物的例子,小型吃肉动物树鼩,它的双眼则呆在脑袋的两侧。与大多数食肉动物不同。这是因为它需要更擅长发现它的猎物,那些隐蔽的昆虫,至于如何抓住它们反倒不是什么大问题。
图示:树鼩
最后来看看相机镜头加深印象
眼睛长在两边的优点是视野广阔,不需要怎么扭转脖子,就能获得近乎360度无死角的视野,但是其缺点则是眼睛不在同一个平面上,会缺少纵深感,在形成空间视觉时的能力会变弱,就像广角镜头。
图示:普通镜头和广角镜头的对比,可以发现视野明显变宽,能看到更多东西,但是远方的物体则变形了,这将影响空间感的判断。
而眼睛长在前面或同一个平面上,则能让动物获得具有纵深感的空间视觉,就像那些拥有大光学变焦的镜头,可以通过操纵景深拍摄出背景虚化的照片。
图示:光学变焦镜头的魅力之一就是可以通过轻松调整聚焦拍摄出背景虚化的照片,主角突出。这和我们的双眼聚焦有相似之处,我的眼中只有你!
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▍为什么食草动物的眼睛在两边,食肉动物的眼睛在前面?
食草动物的眼睛通常都长在脑袋的两边,比如我们熟悉的牛、马、羊;与之不同的是,食肉动物的眼睛都长在脑袋的前面,比如狮子、老虎、狼、熊等。
为什么食草动物与食肉动物的眼睛在头部的位置上会有如此明显的不同呢?原因就是生存(我们仅在哺乳动物范围内讨论这个问题)
食草动物平时要躲避食肉动物的攻击,所以它们需要更广阔的视野能够同时观察更大的范围,这样就有更大的几率发现食肉动物,然后食草动物就能够及时做出反应。可以说,食草动物需要将视力平铺到一个面上。
图注:一边吃草一边观察周围动静的斑马,图片来自网络
与食草动物不同,食肉动物不需要观察更大范围,它们只需要将视力集中到一个点,这个点就是猎物。将双目集中于一个点不仅仅是为了看得更清楚,同时还能够获得三维立体的深度视觉,如此才能够准确估算猎物距离自己的距离,然后在最佳距离上发起攻击。我们人类同样具有双目立体视觉,所以我们能够伸手准确拿到面前桌子上的东西,如果你只睁着一只眼,那么伸手拿东西的时候很容易偏离甚至是抓空。
图注:具有双目立体视觉的狮子能够在准确锁定猎物,图片来自网络
我们哺乳动物在侏罗纪时期的祖先,比如侏罗兽,眼睛就是长在脑袋两边的,因为它要及时发现危险的食肉恐龙。早期的哺乳动物都是眼睛长在脑袋两边的,因为此时眼睛的首要任务是发现危险,而不是寻找猎物。当进入新生代,哺乳动物崛起之后,食肉目哺乳动物才演化出了两只朝前看的眼睛。
图注:侏罗兽的眼睛大,但是却长在脑袋两边,图片来自网络
食草动物眼睛长在两边,食肉动物眼睛长在前面,这个规律适用于大部分哺乳动物,不过也有例外,比如包括我们人类在内的灵长类动物。所有的灵长类动物,不论是猴子还是猩猩,眼睛也是长在前面的,但是它们都是吃水果树叶的。灵长类具有朝前的双眼是因为灵长类的祖先都是生活在树上的,而且非常善于攀援。抓着树枝在树上移动需要很好的立体视觉,如果哪一只手没有抓住树枝,结局就是掉下去摔死,所以灵长类才拥有了长在脑袋前面的双眼。其实不仅仅是灵长类,在树上活动的鼯鼠、树袋熊、树懒也都有长在前面的双眼哦。
图注:双目向前的猴子,图片来自网络
图注:鼯鼠,图片来自网络
图注:树袋熊,图片来自网络
最后总结一下,眼睛长在两边还是长在前面其实不是因食性而定,是生存的需要来决定的。
图片来自网络,侵删
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