Преимущества или причины, по которым у вида будет только один глаз?

Как правило, эволюция предпочитает простоту сложности, когда дополнительная сложность не добавляет ничего полезного. Существа, многие поколения живущие в среде без света (например, пещерные саламандры и рыбы), часто полностью теряют глаза; на одну структуру меньше, чтобы тратить энергию на рост или поддержание, на одну дыру для проникновения паразитов меньше.

Трудная часть — выяснить случай, когда зрение все еще полезно, а два глаза — нет. Преимущества наличия двух глаз перед одним:

1. Восприятие глубины (если глаза расположены близко друг к другу, что характерно для хищников)

2. Периферийное зрение (если глаза расположены далеко друг от друга, характерно для добычи)

3. Резервирование в случае потери одного глаза

Так что, если вы можете представить себе существо, которое не имело бы никакой пользы для восприятия глубины или периферийного зрения, и опасность проникновения паразитов в глаза более значительна, чем опасность выколоть глаз и полностью потерять зрение, но зрение приносит достаточную пользу что иметь глаз лучше, чем не иметь глаз, то такое существо действительно выиграет от наличия одного глаза.

Одно возможное обстоятельство, о котором я могу подумать, это если свет слишком тусклый или окружающая среда слишком облачная, чтобы что-либо было ясно видно, но обнаружение изменений в свете или темноте все еще полезно (распознавание дневных и ночных циклов или тень приближающегося хищника). У такого существа, вероятно, будет простой глаз или глазное пятно, похожее на глаза простых животных, таких как черви, а не сложные, похожие на человека, с которыми обычно изображают циклопов.

Другая интересная возможность состоит в том, что существо изначально имело два глаза, но начало использовать эти глаза для отдельных функций до такой степени, что один глаз превратился во что-то совершенно другое. Хамелеоны, например, обычно используют один глаз, чтобы следить за тем, куда они идут, а другой — чтобы следить за добычей. Что, если это различие разовьется дальше до такой степени, что один глаз переместится к нижней части головы, а другой глаз переместится к вершине, и еще дальше, до тех пор, пока два глаза не станут даже похожими друг на друга? Затем, если его потомок перестанет использовать один из своих специализированных глаз, он может потерять этот глаз и остаться только с другим. Вероятно, ему было бы очень трудно конкурировать со своими бинокулярными аналогами, но если бы он жил на острове, где не было бы конкурентов, он мог бы выжить.

Конечно , наличие двух глаз дает преимущества, перечисленные Крисом Г. в его ответе: стереоскопическое зрение, избыточность, широкое поле зрения. Тем не менее, нет необходимости в том, чтобы один глаз имел какое-либо преимущество перед несколькими глазами, чтобы существо могло развить только один глаз.

Эволюция происходит, когда естественные различия в популяции по-разному влияют на то, насколько успешно животные или люди размножаются. Но естественный отбор может «работать» только с тем, что ему дает естественная изменчивость. А какие естественные вариации (чаще всего мутации) возникают — это дело случая.

Здесь, на Земле, кажется, что общий предок насекомых, рыб, млекопитающих, птиц и т. д. оказался билатерально-симметричным, и, следовательно, все эти существа теперь имеют два глаза. Что-то в этом общем предке заставило его гены быть успешными, но это что-то не обязательно было связано с наличием у него двух «глазных пятен» (фоторецептивных пятен, которые позже развились в глаза) — и даже не обязательно было чем-то делать с его двусторонней симметрией. Это могло даже быть качество, которое тогда было эволюционно благоприятным , но с тех пор стало «эволюционным багажом» или полностью исчезло.

Но легко представить, что эволюция пошла по-другому на другой планете или в альтернативной временной шкале этой. Случилось так, что там родилось существо с качеством (не важно каким), которое привело к экстраординарному эволюционному успеху, но, как оказалось, это существо имеет форму тела, которая имеет только одно место, где случайное появление пятна светочувствительных клеток может обеспечить это с немедленным преимуществом. Когда популяция мала, шанс играет большую роль. Гены этого существа быстро распространились и «заняли рынок» в большинстве эволюционных ниш. Двуглазые существа никогда не начинают.

Менее драматический вариант — одноглазые существа, сосуществующие с двуглазыми, но развивающиеся в отдельной ветви, где какое-то другое преимущество (которое всегда означает локальное, непосредственное преимущество) было настолько велико, что недостаток только одного глаза не имел значения. Эволюция должна быть «достаточно хорошей». Мы знаем, что стереоскопическое зрение не всепобеждающее. У некоторых земных существ развилось плохое зрение, тогда как у их предков зрение было лучше, у некоторых вообще нет глаз. Мы также знаем, что избыточность — это еще не все. Нам было бы безопаснее с двумя сердцами, но у нас только одно.

В очень узких туннелях, когда виды развиваются больше как черви, чем позвоночные, и свет вводится в развитие поздно.

Когда у вас есть вид, который создает туннели, которые он поддерживает. И если этот вид и все другие в его биосфере никогда не приблизится к свету, у них не разовьются глаза (сначала), потому что светочувствительность не имеет никакого преимущества.

Теперь, случайно, некоторые биолюминесцентные виды начинают колонизировать эти туннели. Ситуация меняется, и любая форма видения будет лучше, чем отсутствие видения. Поэтому у некоторых видов (включая наших червей) на коже развиваются светочувствительные клетки. Если они сгруппируются на передней стороне и начнут формировать глазное яблоко какой-либо формы, это будет благоприятно для двух глаз.

1. Это лучше, чем отсутствие глаз, потому что видеть то, что находится перед вами, полезно в неразрушающихся туннелях.
2. Иметь два глаза бесполезно, потому что глубины все равно не увидишь, туннели узкие и ветреные. А два глаза - это два места заражения. Также черви (в отличие от многих других видов) «круглые», а не «симметричные». Значение левого против правого или вверх против вниз равно серо (до тех пор, пока у них не разовьется глаз, тогда, может быть, начнет различаться половина рта и половина глаза на передней стороне.

Кроме того, как несимметричные виды, их гены не отдают предпочтение четным вещам перед нечетным числом вещей (как и многие виды, у которых есть глаза на Земле).

У вас еще куча проблем для этой биосферы (откуда берется энергия, например, нет света - нет солнца. Нет солнца плохо. А может на остывающей поверхности горячего пламебо?), но можно было бы.

Никакой причины, и я предполагаю, что единственная причина, по которой у нас обычно есть 2 глаза, - это либо широкое поле зрения (в случае добычи), либо зрение, определяющее расстояние (в случае хищников).

Однако в воображаемом мире нет причин, по которым вместо пассивного датчика света могла бы появиться какая-либо другая форма определения вашего местоположения. Возьмите дельфинов или летучих мышей и их эхолокационные чувства. Вполне возможно, что вид будет развиваться в (возможно, в мрачных условиях), где светоизлучающее чувство будет более полезным, чем пассивное чувство обнаружения света: вид, который будет мигать светом и определять результаты с помощью одного глаза, может быть, излучение света является более направленным (чтобы избежать обнаружения хищниками), поэтому использование нескольких датчиков обнаружения нецелесообразно.

Так что у вас могут быть акулы с лазерами на головах!

я собираюсь сказать нет

Если у вас нет одного ОГРОМНОГО глаза, вам будет крайне непрактично видеть на 90 градусов и более, не подвергая свой глаз сильному повреждению.

С одним глазом нет избыточных систем или резервных копий, если он выйдет из строя.

Глаза эволюционировали, чтобы помочь с определенными функциями. Два глаза спереди помогают с восприятием глубины и с охотой/нацеливанием на добычу. Глаза по бокам позволяют лучше видеть окрестности. Меньше восприятия глубины и больше ощущения движения и попытки избежать смерти. У одного глаза есть существенный недостаток, заключающийся в отсутствии реальной пользы.

Очень мало животных с одним глазом, а те, что я нашел, почти микроскопические, и я не думаю, что они эволюционируют во что-то большее, даже на чужой планете.

Чтобы вид эволюционировал и имел только один глаз, либо у него должна быть система, функционирующая как зрение, что делает один глаз достаточным дополнительным зрением, либо один глаз должен иметь преимущество перед двумя глазами. Я не могу найти никаких теорий, в которых один глаз был бы более полезным, так что остается идея избыточных систем.

Один из вариантов состоит в том, чтобы у существа был «глаз», который был бы просто фоторецептором для определения времени суток в целях защиты. Они могут ориентироваться, используя другие чувства, такие как эхолокация, ощущение давления воды, ощущение толчков земли или обоняние (например, у летучих мышей, некоторых рыб и кротов).

Я также немного новичок в этой проверке реальности, поэтому, если вам нужны источники или что-то еще, я могу предоставить некоторые, но все это основано на некоторых знаниях из моих занятий по биологии и некоторых быстрых поисках примеров в Google.

Вы можете иметь восприятие глубины с помощью одной линзы, если у вас есть чувствительные клетки, расположенные с шагом ниже длины волны, что дает камеру со световым полем . Хотя очевидно, что они более сложны, чем обычный глаз, структуры такого масштаба не являются биологически невозможными (например, радужные чешуйки на крыльях бабочки). Преимущество таких оптических систем заключается в том, что они «хороши для изображения быстро движущихся объектов, где автофокус может работать плохо», поэтому, если ваш циклоп охотится на что-то, движущееся быстрее, чем могут сфокусироваться обычные глаза, то такие глаза могут эволюционировать, и, эволюционировав, имея два из них ненужно.

В водной среде, если зрение требуется только для ориентации, «какая сторона вверх?» или когда подниматься на поверхность / мигрировать с поверхности в целях хищничества. Я предполагаю, что эти факторы могут также относиться к чему-то, что живет прямо под поверхностью почвы, если определенные длины волн могут каким-то образом проникать сквозь среду.

ETA: это эволюционные причины, по которым в первую очередь может развиться один глаз, который должен быть отправной точкой для любого рассмотрения того, почему существует только один глаз. Чтобы развить это дальше, может возникнуть дополнительная сложность, чтобы ввести эквиваленты палочек и колбочек в концентрические кольца в задней части глаза, которые - с линзой с фиксированным фокусом - обеспечили бы измерение расстояния и идентификацию направления. Это объясняет, почему бинарная система глаз не нужна. А если линза граненая, как в мушином глазу, то могла бы стать еще эффективнее.

ETA2: И какие причины, по которым это могло бы стать более эффективным, чем два глаза? Что ж, если линза выступает над поверхностью тела (и является достаточно прочной - потребуются: (а) прочная оболочка, (б) прочные веки, (в) способность втягиваться/выдвигаться) может обеспечить больший диапазон охвата до 180 градусов по всему периметру с объективом типа «рыбий глаз». Без век или втягивания/выдвижения не было бы необходимости в развитии мышц, чтобы даже двигать глазом, и вся обработка выполнялась бы мозгом.

Настоящий вопрос таков: «Что такое глаз?» Мы говорим о человеческом глазе? У мухи совсем другие «глаза», чем у большинства других животных.

Сложные глаза состоят из тысяч отдельных зрительных рецепторов, называемых омматидиями. Каждый омматидиум сам по себе является функционирующим глазом, и тысячи их вместе создают широкое поле зрения для мухи ( http://animals.mom.me/flies-see-out-compound-eye-5361.html ) .

Они могут видеть разные вещи:

Комнатные мухи способны видеть поляризованный свет, но люди не могут отличить поляризованный свет от неполяризованного. Поляризованный свет — это свет, в котором волны распространяются только в одной плоскости.

Мухе нужно это 360° зрение, чтобы выжить, потому что, ну, это всего лишь муха... И глаз мухи имеет много недостатков, но я привел его в качестве примера, у вашего существа может быть другой тип глаза.

Нам нужны два глаза для восприятия глубины, потому что они довольно просты. Что, если бы в одном глазу было два или четыре зрачка?

Интересен ныне вымерший трилобит :

Глаза трилобитов обычно были сложными, каждая линза представляла собой удлиненную призму. Количество линз в таком глазу было разным: у некоторых трилобитов была только одна, а у некоторых тысячи линз в одном глазу.

Если рассматривать «глаз» как единую биологическую структуру, целью которой является кодирование образа мира таким образом, чтобы его владелец мог воспринимать и действовать в этом мире на основе этого образа, то он может охватывать широкий спектр органов чувств. .

Могут быть веские причины, почему организм — даже тот, который в значительной степени зависит от зрения — может эволюционировать, чтобы иметь только один «глаз», а не два или более, при условии, что у организма правильный тип глаза.

Если мы рассмотрим человеческий глаз, то у него есть единственная линза, которая фокусирует свет на области светочувствительных клеток, обеспечивая двухмерное восприятие.

Если мы рассмотрим сложный глаз насекомого, то он состоит из множества омматидий , каждый из которых представляет один или семь пикселей в поле зрения насекомого.

Теперь рассмотрим нечто среднее между этими двумя типами глаз. Если у нас есть составной глаз, состоящий из многих субъединиц, которые больше похожи на человеческий глаз — каждая субъединица имеет линзу, которая фокусирует свет на область, содержащую множество светочувствительных клеток, то каждая субъединица будет формировать собственное изображение с достаточным количеством деталей. Комбинируя изображения, полученные от всех соседних субъединиц, каждая из которых будет указывать в несколько ином направлении, а также немного смещена от своих соседей, мы получим оптическую решетку, аналогичную той, что имеется в камере светового поля .

Это означает, что в отличие от глаз человека и насекомых для восприятия глубины требуется не две или более структур, а только одна. Поместив множество глазных субъединиц на часть тела организма, потенциально образуя сферическую структуру, организм может получить 360-градусное трехмерное изображение своего окружения, которое будет в фокусе на любом расстоянии. Организм может размещать структуры обработки внутри структуры глаза и передавать обработанное изображение в свой мозг.

Хотя структура состоит из нескольких частей, каждая из которых может быть глазом, она работает как единое целое. Эта форма глаза имеет то преимущество, что организм одинаково хорошо видит во всех направлениях на всех расстояниях одновременно и получает истинное трехмерное представление об окружающей среде. В отличие от человеческих глаз, здесь нет задержки фокусировки или отслеживания. Это было бы преимуществом для существа, которое могло быть атаковано с любого направления быстрыми воздушными и наземными врагами.

Тем не менее, эта форма глаза со световым полем, скорее всего, будет страдать от проблемы, заключающейся в более низком разрешении, жертвуя восприятием мелких деталей ради широкого охвата на любом расстоянии, если только организм не имеет особенно большую часть своего мозга, посвященную обработке изображений. .

Теперь, чтобы ответить на исходный вопрос: будет ли более выгодно иметь только один из этих световых полей или более выгодно иметь более одного?

Ответ будет заключаться в том, что в большинстве случаев было бы выгодно иметь только один. Каждому глазу со световым полем потребовалась бы значительная вычислительная мощность, и каждый сферический глаз со световым полем мог бы иметь поле зрения, которое, если его поместить в верхней части тела организма, охватило бы все его окружение, за исключением внутренней части тела. структура, поддерживающая глаз. Если бы их было два, им потребовались бы дополнительные структуры обработки с соответствующими метаболическими затратами, они могли бы мешать друг другу в поле зрения и вряд ли давали бы большое преимущество, поскольку каждый по отдельности создает трехмерное изображение, которое находится в фокусе. в любом диапазоне.

При таких обстоятельствах организм только с одним глазом светового поля на 360°, который охватывает все потенциальные пути атаки, будет иметь метаболическое преимущество перед организмом с более чем одним, что, следовательно, благоприятствует циклопии. Существует проблема, заключающаяся в том, что в глазу не будет избыточности, однако, если хищники организма представляют собой достаточную угрозу, и их захват обычно приводит к летальному исходу, это, как правило, отдает предпочтение системе с наименьшими метаболическими затратами. Кроме того, поскольку глаз со световым полем состоит из многих субъединиц, некоторые субъединицы могут быть потеряны без значительного ухудшения остроты зрения в целом, если только не будут потеряны несколько соседних субъединиц.

Развитый глаз со световым полем был бы очень похож на камеру Lytro Immerge , хотя мог бы охватывать область прямо над головой, чего, по-видимому, не делает Immerge.

Далее следует ответ, который указывает на то, что развитие двух глаз не является данностью.

Я бы предположил, что первый раз, когда глаз развился в этой среде, это была структура, которая обеспечивала 360-градусное зрение. Например, медузоподобное существо, у которого клетки кожи тоже светочувствительны, так что кожа и глаз — один и тот же орган.

Воспринимаемая частота будет иметь значение. Видимый свет составляет примерно около 500 нм; если бы вид эволюционировал, чтобы иметь возможность видеть электромагнитное излучение с более низкой частотой и большей длиной волны, предположительно, ему понадобился бы объектив большего размера и фокусное расстояние, а, следовательно, и глаз большего размера. Если глаз должен быть достаточно большим, польза от наличия второго глаза может не перевесить затраты.

Возможно, это позволило бы видеть в дальнем инфракрасном диапазоне или, может быть, даже в микроволновом или радиодиапазоне. Это будет связано с большими биологическими затратами, но я могу представить и выгоды от этого.

Помимо теоретических предположений, глядя на эволюцию, оказывается, что как только вид развил два глаза, он вряд ли вернется к одному. Даже у таких животных, как камбала , бесполезный глаз перемещается в полезное место, а не исчезает.

Для видов, у которых общее светоощущение полезно, а глаза нет, вообще нет необходимости в развитии глаза (относительно сложного). Простая светочувствительность кожи (или ее частей) послужила бы той же цели при гораздо меньших эволюционных затратах.

Возможный сценарий: Защита глаз важнее.

а) стереоскопическое зрение по какой-то причине не особенно важно в их среде, например, если им не нужно много охотиться или сражаться, и большая часть их пищи поступает из растений, которые можно легко идентифицировать и собирать. Возможно, у них есть хорошая пассивная защита (например, шипы ежа или просто очень прочная броня), которая отпугивает хищников.

Или, возможно, эволюция их мозга так и не научилась их обрабатывать.

б) глаз мог воспринимать электромагнитные частоты, проникающие сквозь непрозрачные для нас объекты. (например, у них рентгеновское зрение), и в их окружении летает много волн этих частот. Они понадобятся, потому что...

c) защита глаз настолько важна, что они спрятаны глубоко в их крепком и толстом черепе и имеют только одно отверстие в черепе, через которое можно видеть. Возможно, они уязвимы для песчаных бурь или мелких летающих вредителей. (Хотя, как было указано, избыточность тоже является хорошей защитой, возможно, в их среде она не так хороша). Попытка заглянуть в узкую щель не принесет пользы глазу, но они получают свое периферийное зрение (хотя и не такое четкое, но все же в ограниченной степени полезное) из пункта (b) выше. У них ограниченное зрение через череп.

Это отверстие — единственная точка входа внутрь черепа, которая не проходит через кость, поэтому наличие всего одного отверстия (и, следовательно, одного глаза) облегчает защиту всего содержимого черепа.

Ключевым моментом здесь является не то, приносит ли существо пользу 1 глаз, а то, приносят ли пользу 2 глаза.

Эволюция стремится к простоте и, следовательно, к наиболее эффективному использованию имеющихся ресурсов. Теперь, если рассматриваемый вид развил 2 глаза, вы ничего не можете сделать. Но если до того, как у вашего вида развились глаза, они попадали в область, где восприятие глубины не имеет значения, например, в пещеру, тогда другой глаз был бы не чем иным, как еще одной частью, которая может быть повреждена. Таким образом, используя логику эволюции, 1 глаз будет в равной степени соответствовать двум, если не благоприятствовать им.

В Sundiver , спойлер ,

Этот вид эволюционировал только с одним глазом, но обладал способностью как использовать, так и излучать когерентный свет. То есть проецировать голограммы и чувствовать фазу и направление входящего света, который был обратным от его собственных излучаемых импульсов.

То есть у существа есть что-то больше похожее на лидар высокого разрешения, чем на камеру.

Вы должны были бы находиться в среде, в которой наличие двух глаз является недостатком, а не преимуществом, так что эволюция благоприятствовала бы созданиям с одним глазом.

Некоторые идеи:

• Мир, в котором свет настолько ярок, что существа должны использовать слепое пятно своего глаза и создавать эффект затмения, чтобы посмотреть на что-то.
• Мир, полный вещей и существ, излучающих когерентные (лазерные) лучи света. Поймать более одного за раз может быть слишком обременительно или потребовать слишком много когнитивной обработки, чтобы это стоило эволюции.
• И наоборот, мир, в котором свет яркий и смывает все вокруг, так что информация передается только в вариациях окружающего света.
• Неевклидов мир, в котором свет идет такими извилистыми путями, что наличие двух глаз/точек наблюдения скорее беспокоит, чем помогает.
• Существа, живущие в одномерной яркой среде, вроде кишечных паразитов биолюминесцентных существ или обитателей оптоволоконной сети.

Есть старая поговорка; в последнем из слепых одноглазый — король.

Если вы говорите о планете, похожей на Землю, сценарий, в котором существо с одним глазом имело бы преимущество. У них было бы преимущество перед всеми существами без глаз.

Я подозреваю, что основная эволюционная причина того, что у нас (и практически у всех существ на этой планете) есть два глаза, заключается в том, что большая часть живых существ на нашей планете демонстрирует двустороннюю симметрию. То есть мы, бабочки, свиньи, рыбы, почти все, по сути, являемся существом, которое зеркально отражается посередине.

На планете, где существа не созданы с двусторонней симметрией, было бы более вероятно увидеть существо с одним глазом, 1. развивающееся и 2. имеющее преимущество (при условии, что у всех остальных не было функционирующего глаза, может быть, они просто были несколько светочувствительных клеток).

Если организм достаточно прост, он может не позволить себе второй глаз. Cyclops bicuspidatus существует на Земле и является тому примером.