大部分鸟类都拥有敏锐的视觉,鸟类的视觉能力远超人类,也优于其他脊椎动物。
雪 鸮
良好的视觉对安全飞行至关重要,除此之外,视觉感知在鸟类的生存繁衍中扮演着至关重要的角色。无论是白天觅食的鸟类,还是夜间觅食的鸟类,视觉感知都是它们所赖以依靠的重要能力。
画 眉
鸟类的视觉系统具有独特的结构和功能,使其能够在各种环境中有效地捕捉和解析视觉信息。与其他脊椎动物相比,鸟类的视神经束较为发达,这有助于提高视觉信息处理的效率。
鸟类的眼睛结构紧凑,呈球形。下面首先看看鸟类眼睛的解剖结构。
角膜和晶状体
角膜是覆盖在鸟类眼睛外表面的透明覆盖物。晶状体位于眼睛内部,它将穿过瞳孔的光线聚焦到视网膜上。
巩膜
巩膜是一层坚硬的组织,围绕着眼眶内眼睛表面的其余部分。它保护眼睛并保持其形状。
虹膜
鸟瞳孔周围的区域被称为虹膜。这种通常是彩色的组织像相机镜头的光圈一样膨胀和收缩,以控制到达视网膜的光量。
睫状体
睫状体是控制晶状体形状的肌肉结构。
视网膜
视网膜是眼睛后部的感光表面,它将光转换为电信号。它包含两种主要类型的感光体,称为棒(用于弱光)和锥(用于色觉)。
眼部匝肌
眼部匝肌是靠近眼睛后部的一个有点神秘的结构,它富含供应含氧血液和营养物质的血管。它被认为有助于调节眼睛内的pH值,也许还可以遮蔽视网膜。
蓝黄金刚鹦鹉
鸟类的角膜坚硬且呈圆形,提供了清晰的视觉图像。此外,鸟类还具有多层巩膜环,可以调节光线进入眼睛的数量。
公 鸡
鸟类的眼睛与其他爬行动物的眼睛相似,其睫状肌可以比哺乳动物更快、更大程度地改变晶状体的形状,使得鸟类可以按照自我意志调节并且对神经信号响应迅速,因此鸟类可以随意看远看近。
松 鸦
鸟类的眼睛还受到第三层透明可移动膜——瞬膜的保护。
瞬膜是鸟类保护眼球的重要结构,又称“第三眼睑”,就像护目镜一样,能够在防范气流冲击的同时保持视力,防止眼睛受到风沙和异物的伤害,同时起到保护和润滑眼睛的作用,还可以保持眼睛的清晰度和敏感度。
鲸头鹳
当许多水生鸟类在水下时,瞬膜也覆盖在眼睛上,并充当隐形眼镜。睡觉时,大多数鸟类的下眼睑都会抬起来盖住眼睛,但红角鸮除外,因为它们的上眼睑是活动的。
红角鸮
鸟眼睛的位置因其觅食行为和在食物链中的位置而异。眼睛位置的差异会影响鸟类所能看到的区域的大小以及它们对深度的感知方式。
戴 胜
侧面的眼睛为探测捕食者的运动提供了广阔的视野,而前面的眼睛则允许双眼视觉来划分猎物的区域并协调狩猎。
赤麻鸭
猛禽和人类一样,眼睛在头部前部,但大多数其他鸟类的眼睛都在头部两侧。猛禽眼睛的位置使它们具有良好的双眼视觉,能够准确判断距离。
金 雕
鸟类有着令人难以置信的快速视觉,这对高速移动和捕捉快速移动猎物的生物至关重要。对猛禽的研究表明,游隼能以每秒近130次的闪光感知闪烁的光线。
游 隼
鸥科鸟类和信天翁属于海鸟,它们的颜色受体中有红色或黄色的油滴,可以提高远视能力,尤其是在朦胧的环境中。
红嘴鸥
信天翁
鸟类眼睛对光线颜色的识别能力很强。
鸟类具有多种不同类型的视锥细胞,使其能够感知多种颜色。一些鸟类甚至能够感知紫外线和红外线等人类无法感知的光谱范围。这种色彩视觉使鸟类能够更好地识别食物、同伴和潜在的繁殖伙伴。
赤嘴潜鸭
白骨顶
鸟类拥有四色视觉系统。
和大多数其他灵长类动物一样,人类的视觉是三原色的。发表在《美国科学院院刊》(PNAS)上的这项新研究表明,蜂鸟使用的是一种古老的四色视觉系统,这种视觉系统,可以让它们看到人类无法看到的紫外线非光谱颜色组合。
蜂 鸟
普林斯顿大学生态和进化生物学专家研究发现:与鸟类和许多其他动物相比,人类甚至是“色盲”。人类眼睛中的三色视觉细胞,对红、绿、蓝光敏感。
丽彩鹀
鸟类有第四种视觉细胞,因而它们对紫外线颜色敏感。第四种视觉,不仅将鸟类可见颜色的范围扩大到紫外线,还可能使鸟类感知到紫外线+绿色和紫外线+红色的组合颜色。
鸟类这种“超能力”不仅让它们看到了更为丰富多彩的世界,寻找在紫外线中反射的食物,能够更加高效地寻找隐藏在叶片下的昆虫,提高觅食效率。这种可以看到紫外线的能力可以帮助鸟类向配偶发出适合的信号,甚至帮助鸟类归巢和定向。
加拿大雁
鸟类不仅能看到我们看不到的颜色,还能看到方向。一些鸟类可以感知地球的磁场,也被认为可以感知偏振光,它们可以利用偏振光进行定向。这种通过光和磁场进行定向的能力对于必须在繁殖地和越冬地之间导航的候鸟来说尤其关键。
鸟类不仅视觉敏锐,而且视野的范围很大。
绝大部分鸟类的双眼分别长在头部的左右两侧。当它们观察正前方的时候,两眼的视野又会重叠起来,合成一个双视的影像。这使得鸟类能够看到身体后面、两侧以及头顶上的事物。
星头啄木鸟
北美的小丘鹬可能是所有鸟类中视野最大的,在水平面上为360度,在垂直面上为180度。
小丘鹬
不同鸟类的视野范围不同。
上图中,红耳鸭、北极海鹦、牛背鹭拥有接近或超过180度的视野范围,兀鹫只有80度的视野范围。红耳鸭拥有最大的视野范围,它可以看到前面、上面和后面,但在它的喙部下面是盲区。北极海鹦拥有较大的视野范围,它可以看到上面、前面和喙部下面的一部分。
红耳鸭
北极海鹦
牛背鹭视野范围较大,它可以看到上面、前面和下面,但后面是它的盲区。兀鹫的视野范围最小,它只能看到前面的一部分,其余部分都是盲区。
牛背鹭
兀 鹫
大多数鸟类的眼睛很大,不是很圆,只能在眼眶内有限地移动,通常水平移动10°-20°。鸟类通过转动头部来弥补这种特点造成的视野方向受限问题,这就是为什么鸟类的头部运动比眼睛运动更重要的原因。
斑头鸺鹠
短耳鴞
小 鸮
鸟类拥有夜视能力。
仓 鸮
大多数鸟类在白天都能适应更好的视力,而在夜幕降临时视力有限。但有夜间活动习性的鸟具有高度发达的夜视能力,如:夜鹭、猫头鹰和夜鹰,能够在黑暗中飞行、狩猎、交配和养育幼鸟。
夜 鹭
夜 鹰
蛙嘴夜鹰
夜行鸟类的眼睛呈管状。与白天活动的鸟类的眼睛相比,它们含有更少的视锥(颜色检测细胞)。相比之下,它们有更高密度的杆状细胞,有助于夜视。杆状细胞在昏暗的光线下功能良好,这使鸟类能够在昏暗的光线下看到物体、边缘和轮廓。另外,鸟眼睛的虹膜也很大,这意味着可以有更多的光线进入。
鸟类拥有对折射光线的调整能力。
由于存在水的折射,这给像普通翠鸟一样俯冲钻入水去捕食水面下的鱼猎物的鸟类带来了挑战。令人惊叹的是,普通翠鸟有双眼视觉,每只眼睛有两个中央凹,可以帮助判断水深并补偿折射。同时,在水下时,它们依靠自己的瞬膜来保护眼睛。
普通翠鸟
虽然人类对鸟类视觉已经有了一定的了解,但仍存在许多未知领域和挑战。例如,鸟类的动态视觉、深度感知和立体视觉等方面仍有待深入研究。
斑石鸻
随着分子生物学和遗传学等学科的发展,可以利用基因编辑技术深入研究鸟类视觉的遗传基础和演化机制。同时,借助先进的成像技术和计算机模拟等方法,可以更深入地了解鸟类视觉的信息处理机制和神经生物学基础。这些研究不仅有助于更好地理解鸟类的生存策略和适应机制,也可以为人工智能、机器视觉等领域提供启示和应用价值。
参考文献:
1. Can Birds See at Night / Bridfact
2. 维基百科
3. What Drives Birds Vision / Frontiers