完美而複雜的演化—眼睛

完美而複雜的演化—眼睛
國立彰化師範大學科學教育研究所博士生 王淑卿

人類眼睛具有空間視覺與彩色視覺功能，這個精密複雜構造是從簡單不完美的構造演化而成。約在五億四千萬年前古生代寒武紀生命大爆發 (Cambrian explosion) 時期出現的三葉蟲化石已經具有複眼，於加拿大幽鶴國家公園 (Yoho National Park) 內的伯吉斯頁岩 (Burgess Shale Formation) 發現五億一千五百萬年前的寒武紀歐巴賓海蠍 (Opabinia regalis ) 化石，則已經具有 5 個柄狀突起的眼睛。

無脊椎動物扁型動物門渦蟲綱 (Turbellaria) 的頭部演化出一至數十對的色素杯狀眼點 (pigment cup ocelli)，內由一群視覺細胞（又稱光受體細胞）組成，連接神經纖維到達大腦。大部份的脊椎動物演化出具有雙凸透鏡形狀的水晶體結構的眼睛，藉由光線通過眼睛，生物能感知物體的形狀與顏色。

人體眼睛的複雜構造

物體由本身所發出的光或外來光源到達物體後反射的光，光的三原色紅、藍、綠 (RGB color) 以不同的比例混合加成，傳到人體的眼睛再到大腦而產生彩色知覺。

人類的眼睛是比相機更精密的光學系統（圖一、圖二），由外觀可看到眼白和眼珠。

圖一、人類眼睛構造的正面圖。（葉宗青、王淑卿繪製）

1. 眼白－相機機身：

（1）鞏膜 (sclera)－俗稱眼白，堅韌不透明，眼球壁的最外層可保護眼球並維持眼球形狀。

（2）結膜 (conjunctiva)－鞏膜上有層半透明的結膜覆蓋，結膜蓋住眼白（鞏膜）的部分稱為－球結膜，蓋住眼瞼的部分稱為－瞼結膜。結膜上有許多微血管和黏液腺，可分泌黏液和淚液潤滑眼球，並防禦微生物侵入。

圖二、人類眼睛的內部構造。（葉宗青、王淑卿繪製）

2. 眼珠：

（1）角膜 (cornea)－相機鏡頭：眼球正前方透明的組織稱為角膜，因為沒有血管，養分由周邊血管網、房水及淚液供應，房水由睫狀體分泌，由後房經瞳孔流到前房與角膜間，淚液由淚腺分泌；氧氣是由空氣溶於眼表的淚液。角膜覆蓋著虹膜、瞳孔和前房。

（2）虹膜 (iris)、瞳孔 (pupil)－相機光圈：透過角膜可看到虹膜（虹彩）內的色素，就是眼睛的顏色，虹膜色素越淡則呈藍眼珠，越深則呈黑眼珠，每個人的虹膜皆不相同，可作為人體終身的身份標識，稱為虹膜識別。虹膜的中心有個圓形開口－瞳孔，受到光線強弱的刺激，虹膜肌肉隨之收縮放鬆造成瞳孔放大縮小。

（3）睫狀體 (ciliary body)－位於虹膜與脈絡膜之間，可分泌水樣液－房水。房水可營養角膜和維持眼壓。睫狀體可協助調節水晶體的形狀和厚度以產生適當的焦距。

（4）水晶體 (lens)－自動對焦裝置：位於虹膜、瞳孔後面的雙凸透鏡形狀的水晶體，由周圍的彈性組織－懸韌帶，連接著睫狀體將水晶體固定懸掛於虹膜和玻璃體之間。懸韌帶的鬆緊程度會造成水晶體的形狀、厚薄的改變，並調節屈光，使光線聚焦於視網膜。

（5）玻璃體 (vitreous body)－位於水晶體和視網膜間的透明膠狀體，讓光線透過到達視網膜，佔眼球腔的五分之四體積，可維持眼球形狀。可使視網膜與視網膜色素上皮層 (retinal pigment epithelium, RPE) 緊貼。當玻璃體的支撐功能減弱時，易導致視網膜脫離；或者內部的透明凝膠體混濁或液化，會引起老年性視力退化或生理性飛蚊症。

（6）脈絡膜 (choroid)－眼球壁的中層的暗褐色組織，主要由微血管及色素組成，血管可供給眼球葡萄糖等養分和輸送廢物，色素可吸收進入眼球內的多餘光線，並避免光在眼球內部折射或散射而影響視覺細胞的精確度。位於眼球最外層（鞏膜）與最內層（視網膜）之間的脈絡膜、虹膜、睫狀體三者合稱為－葡萄膜，葡萄膜內有豐富血管，提供眼睛主要的血流與養分。

（7）視網膜 (retina)－傳統相機底片：眼球壁的最內一層薄組織，厚度僅約 0.3 毫米，主要由許多感光細胞及神經纖維構成，由視網膜小動脈及脈絡膜的微血管供給養分。位於視網膜中心的黃斑部 (macula) 其中央凹陷處稱為中央窩 (fovea)，是視覺功能最敏感最重要的部位。盲點 (blind spot) 位在視網膜的神經纖維匯集成束的中心處，又稱視神經盤 (optic disc)，此處沒有感光細胞無法感應光線，因此無法產生神經衝動傳至大腦，因而不能感知視覺，但可由另一隻眼睛的視域補充。

參考文獻

1. Werblin, F. & Roska, B. (2007). 眼睛如何幫腦看。科學人雜誌，63期，p 33-39。
2. 我們是如何看見物體的？｜物理教學示範實驗室。http://www.phy.ntnu.edu.tw/demolab/html.php?html=rainbow/docs/vision
3. 人類的靈魂之窗—眼睛（Eyes）｜科學Online。http://highscope.ch.ntu.edu.tw/wordpress/?p=1019