猫的瞳孔为什么竖着 | 混乱博物馆

正文

生物现象总是要被物理和化学诠释，而动物的眼睛就是一个光学原理大集锦，我们从第一期混乱博物馆开始就在体会这一点。

猫长着竖缝似的瞳孔，我们从小就知道，它是我们认识动物时的第一批知识。然而与其它第一批知识一样，我们又理所当然地忘了思考它。

小孔成像、衍射图案、透镜球差，都曾被用来解释这种现象，在这一期混乱博物馆里，我们将会了解那种最直接的原因。

－文字稿－

猫的瞳孔会变化，早晨和傍晚是杏仁，中午是细线，晚上圆圆的像满月，这是因为脊椎动物的瞳孔是虹膜在眼球正前方的开孔，是光线进入眼球的入口。为了更加清晰的成像，瞳孔周围附着了两种肌肉，一种是瞳孔括约肌，收缩时令瞳孔缩小，降低通光量，避免强光下的过度曝光，也保护视网膜不被灼伤；另一种是瞳孔放大肌，它收缩时令瞳孔扩大，增加通光量，让眼睛在黑暗处也能看清物体。

人类瞳孔从明亮处转移到黑暗处，通光量可放大到15倍；而猫的瞳孔从收紧的狭缝到饱满的圆形，通光量可以变化135倍之多，这显然是在适应光强变化剧烈的环境——但这是在解释瞳孔面积的变化问题，并没有回答形状的问题。

人类瞳孔的形状在整个脊椎动物亚门相当主流，但由于具体的环境和习性，某些动物长着很独特的瞳孔。比如许多大型食草动物进化出了横向的瞳孔，这可以获得开阔的视野，警惕潜在的威胁；在这个基础上，一些骆驼科的物种还长出了有竖百褶的瞳孔，可以屏蔽一部分侧面来的光线，在暴晒下保护视力。

对于伪装起来伏击猎物动物来说，圆溜溜的大眼睛似乎是唯一一处破绽，它们的虹膜边缘会长出一块上皮，把瞳孔的轮廓遮蔽起来。

鳉形目的四眼鱼更特别，它们在水面附近生活，角膜中央有一道色素，虹膜中央有一对横瓣，构造出了上下两对功能独立的瞳孔，一对观察水面上，一对观察水面下，非常警觉。

回到猫身上，它们的作息很不规律，随时可能埋伏在地面上耐心地观察动静。这种竖直的瞳孔在光学上就派上了用场——可以缩小水平方向的弥散斑，使猎物的运动更明显。

近视患者的情况有助于我们理解这种效应：当他们看不清远处是什么的时候，总会不由自主地把眼睛眯成一条缝，有些人以为这是在利用小孔成像，其实完全不然。

理想情况下，点光源经过眼睛的折射，应该重新在视网膜上聚焦成点，这意味着物体上的光不会互相叠加，能够清晰成像。但实际上眼睛聚焦不会这么完美，总有一些点光源经过折射后会在视网膜上形成一个扩散的斑，称为“弥散斑”，这意味着物体发出的光互相叠加，成像模糊。

当我们眯起眼睛，弥散斑就会跟着改变形状，从圆形变成椭圆形，减小了面积，仿佛聚焦更清楚了——我们总觉得白天看东西更清楚，除了光照更充足，瞳孔更小也是一个重要的原因。

而猫的眼睛长出竖直的瞳孔，就可以尽可能地帮助它们缩小弥散斑的水平直径，让小动物在水平方向上的窜动更加显著。与之类似的，壁虎和蛇也是小体型的伏击者，它们也有猫一样的竖直瞳孔，尤其是前者，狭缝缩紧时能将通光量降低到350分之一。

相比之下，猫科动物的大型掠食者就不需要这种结构，它们的猎物本来就非常巨大，所以狮子老虎的瞳孔虽然也能在烈日下缩得很小，但也只是圆形的基础款，和人类一样。

最后，猫的视觉非常差劲，相比人类，它们同时是近视、远视和色盲，所以总是在空气里乱看，自己都不知道自己在看什么。 

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