为什么狮子老虎的眼睛和猫的眼睛不一样?

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哈哈,有趣,说到猫的眼睛可以随外界光线强度变化这个点,传说古代日本武士还用猫的眼睛来校对时间:

啊,不对,是这样的:

家猫的瞳孔形状是竖立缝隙状,白天光线强烈时,瞳孔几乎完全闭合成一条竖立细线,到了夜间或进入黑暗环境,瞳孔迅速开大成与角膜大小相近的圆孔。

所以猫的眼睛会随着光线强度调整大小,古典文集里就有关于猫眼睛的描述:

所以在自然光线下,没有表的情况下,用猫眼来判断时间未尝不可呢(就是随着天晴、天阴误差有点大)。

那么题目问的是为什么猫眼会随着根据外界光线强度变化,而狮子老虎的眼睛瞳孔感觉就是一个点,不变化呢?

但是谁告诉你老虎的眼睛不变化来着?

这是宫百万眼睛的变化,请问这跟猫的变大变小不是一样的吗!!

我们可以看见,老虎的瞳孔大小是很明显随着环境的变化而变化的(不一定是光线原因)。

所以我们需要把问题改一下 / 拆分一下:

1 为什么猫科动物的眼睛会随着光线等外部环境明显的变化?

2 为什么猫的眼睛最小化的时候是竖缝,而老虎等是圆孔?

先来说第一个问题:

1 为什么猫科动物的眼睛会随着光线等外部环境明显的变化?

猫科的瞳孔变化很大,而人类的瞳孔如果明显放大估计是要挂了。

为什么跟我们差距这么大?

因为人是昼行性动物,白天活动晚上睡觉,所以变化没有他们那么明显,另外外面还有一圈虹膜,所以不太能看出来。

而猫科很多是夜行性或者晨昏性动物。它们需要在光线很微弱的情况下捕猎,同时又要在白天避免强光灼伤视网膜 ,所以需要极端的瞳孔调节能力,而且还进化出来了明毯tapetum lucidum这种结构,能把没被感光的光线反射回视网膜,所以晚上看起来好像在发光一样。从而提高夜视力,这也放大了瞳孔变化在外观上的“显眼程度”。(注意,猫科眼睛不是会发光,而是能反射微弱光线)。

猫是晨昏性动物,而老虎是夜行性动物。

因此你自然很难看见老虎瞳孔放大的时候,那是它们晚上捕猎的时候用的,你最好祈祷自己不要看见这种眼睛。

那为什么宫百万在家的时候瞳孔那么大?

其实,除了光线外,猫科动物眼睛的大小还跟他们的心情有关系:

家里养猫的朋友会发现,猫在突然对玩具产生兴趣或者产生警觉的时候瞳孔会放大:

注意看在光线没有变化的情况下,这只猫从最开始的放松状态变成了警戒状态。

耳朵也突然立起来了,以便在危险的情况下收集到更多的声音。

熟悉猫的朋友都知道,它们放松和警惕的时候眼睛状态有较大差别,除了跟品种有关系外,跟猫的状态也有很大关系:

图中圈出来的部分就是野生猫咪常见的状态,它们眼睛常常是半眯、细长裂缝状,这其实是多种原因作用的结果:首先室外光线比较充足,它们需要保护眼睛,然后本身又是比较放松的姿态。

家猫的眼睛经常圆圆的,因为首先部分品种是根据人类喜好选育出来的,眼睛本身就比较圆。

另外家里光线往往不会那么刺眼,而它们安全性很高,可以对任何事情都好奇,睁大眼睛到处看也不会暴露自己。

不过在野外大白天的遇到老虎突然睁大了眼睛,那还是赶紧跑吧,它们多半对你产生了兴趣,想“跟你玩玩”了。

2 为什么猫的眼睛最小化的时候是竖缝,而老虎等是圆孔?

这个楼上已经解释得比较清楚了,小型猫科(家猫、豹猫等)因为比较矮小 又需要伏击式捕猎(躲起来突然扑上去),身体跟地面贴得很近,几乎是趴在地上的,竖缝能增强景深感,有助于准确判断猎物的距离。

而且一项去年的研究还发现,家猫的竖直瞳孔不但可以增加景深,甚至还能更好的识破老鼠的伪装(老鼠容易跟杂乱的背景融为一体)。

弥散圆,指光学系统中焦点前后光线未能精确汇聚形成的模糊光斑,是衡量镜头景深和成像清晰度的核心参数。

像元尺寸,表示图像传感器中单个像素的物理尺寸(通常以微米µm 为单位),直接影响传感器的分辨率和感光能力。

也就是说用模拟猫眼做的竖瞳摄像机在垂直方向景深显著优于圆瞳的,这就能很好的方便猫咪判断猎物的距离。

另外当老鼠颜色跟背景比较接近的时候,竖瞳也能更好的辨别出老鼠的轮廓。

这项研究对猫眼仿生学提供了思路,方便人类做更好的摄像头。

大型猫科(狮子、老虎等)本身比较高, 以追逐、力量型捕猎为主,不像小猫那样依赖近距离突然扑击。

它们几乎是平视的,所以用圆瞳不会有矮小的猫咪那么大的差距:

视网膜离心度:描述视网膜位置相对于中央凹(fovea)的偏离角度,是视觉空间映射的核心参数。

也就是说,越矮小的猫咪视角越窄,竖瞳能一定程度扩展视野。

而老虎肩高几倍于猫咪,视野其实跟人类的差距没那么大(参考视网膜离心度里猎豹和人类的差距已经不大了)。

因此大型猫科动物圆瞳就够用了。

至于其他动物横瞳以及章鱼的异形瞳都是为了各自视野的方便。

以上~

参考文献:

1Feline eye-inspired artificial vision for enhanced camouflage breaking underdiverse light conditions

2Why do animal eyes have pupils of different shapes?