跳蛛是一类主要以苍蝇为食的蜘蛛。它的捕食方式十分独特,首先逐步靠近,当到达合适的位置时,再一跃跳过去捕获猎物。日本一个研究小组最新发现,跳蛛这种“稳、准、狠”的捕食功夫要归功于它们拥有的一套独特的视觉系统。
大多数生物或是通过调节眼睛中晶状体的焦距视物(例如人类的双目立体视觉系统),或是靠移动头部制造一种“运动视差”来评估与某个物体的距离。虽然跳蛛有8只眼,其中有4只在头部上方密集排列,包括两只大大的主眼和两只较小的侧眼,但无法通过调节眼睛中晶状体的焦距视物,也不具备制造“运动视差”的本领。那么视力极佳的跳蛛到底是如何评估距离、感知深度的呢?
日本研究人员在新一期美国《科学》杂志上报告说,他们发现跳蛛的视觉系统能很好地利用光线中的绿光,形成独特的图像散焦机制。在捕捉猎物时,跳蛛的侧眼首先感知到运动中的目标,然后再靠主眼瞄准。跳蛛主眼的视网膜有4个感光细胞层,其中下面两层含有对绿光敏感的色素。
不过,由于各个感光细胞层与晶状体之间的距离不同,入射光线中的绿光只能在最下面一层上聚焦,而倒数第二层虽然也对绿光敏感,但却不能清晰聚焦,只能形成模糊的图像。研究人员分析后认为,跳蛛正是通过对比这两层的图像、并根据模糊图像的散焦程度推算出与猎物之间的真实距离。
为验证这一点,研究人员将跳蛛以及若干果蝇一起放置在不同的光线环境下。如果绿光是跳蛛视觉系统的关键因素,那么在缺乏绿光的光线环境中,跳蛛将成为“睁眼瞎”,根本抓不到猎物。结果果真如此。
研究人员说,他们尚不清楚是否还有其他动物也有类似的视觉系统。他们认为,这一新发现将有助于研发适用于机器人的新型视觉系统。(生物谷 Bioon.com)
doi:10.1126/science.1211667
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Depth Perception from Image Defocus in a Jumping Spider
Takashi Nagata, Mitsumasa Koyanagi, Hisao Tsukamoto, Shinjiro Saeki, Kunio Isono, Yoshinori Shichida, Fumio Tokunaga, Michiyo Kinoshita, Kentaro Arikawa, Akihisa Terakita,
The principal eyes of jumping spiders have a unique retina with four tiered photoreceptor layers, on each of which light of different wavelengths is focused by a lens with appreciable chromatic aberration. We found that all photoreceptors in both the deepest and second-deepest layers contain a green-sensitive visual pigment, although green light is only focused on the deepest layer. This mismatch indicates that the second-deepest layer always receives defocused images, which contain depth information of the scene in optical theory. Behavioral experiments revealed that depth perception in the spider was affected by the wavelength of the illuminating light, which affects the amount of defocus in the images resulting from chromatic aberration. Therefore, we propose a depth perception mechanism based on how much the retinal image is defocused.