纽约时报报道说，几乎观察任何一种脊椎动物，你都会看到两只眼睛在回望你。盘旋在空中的隼有两只眼睛，在海洋中游弋的双髻鲨也有两只。

科学家一直困惑脊椎动物的眼睛最初是如何进化的。两项新研究提出一个奇特的起点：科学家现在认为，我们5.6亿年前的无脊椎动物祖先是“独眼巨人”，在头顶只有一只眼睛，后来才分裂成两只。

在提出进化论时，达尔文对脊椎动物眼睛的精巧复杂感到困扰。1860年，他向美国植物学家阿萨·格雷坦言：“眼睛至今仍让我不寒而栗。”

进化必须通过世代间微小变化，把晶状体、视网膜等众多部件组合起来形成眼睛。达尔文无法确定这些变化的具体顺序。

但无脊椎动物中多样而更简单的眼睛给了他鼓励：有的只是能感光的色素斑块；有的则是没有晶状体的简单杯状结构。

达尔文写信给格雷说：“当我想到那些已知的细微渐变，我的理性告诉我，我应当克服这种寒意。”

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然而，进化论的反对者仍对眼睛能够进化表示怀疑。甚至在20世纪90年代，神创论者声称，自然选择需要数十亿年才能形成一只眼睛——远超过地球生命存在的时间。

瑞典隆德大学的神经生物学家丹-埃·尼尔松对这种说法感到恼火，于是估算一片感光细胞进化成能够成像的眼睛究竟需要多久。

“我想，这很好算，我们就来算一算。”尼尔松回忆说。

1994年，他与隆德大学同事苏珊娜·佩尔格得出结论：一只能成像的眼睛只需几十万年就能进化出来。

“这并非精确计算，但足以说明进化出眼睛的时间绰绰有余。”尼尔松说。

这一模型只讨论了眼睛形态如何进化。实际上，过程中还发生了许多其他变化。

例如，必须出现能在晶状体中折射光线的新蛋白质，还需要其他蛋白质在视网膜中吸收光线。

1994年时，科学家对这些微观细节了解不足，无法提出相关进化假说。三十年后，情况不同了。

“现在有大量分子数据可用，非常有力。”尼尔松说。

他与其他视觉专家合作，提出脊椎动物眼睛进化的假说。

“当你在脑中整合所有证据时，突然就豁然开朗。”与尼尔松合作的苏塞克斯大学神经生物学家汤姆·巴登说。他们及同事周一在《当代生物学》杂志上公布了这一详细进化情景。

巴登说：“我们所做的是提供一组合理的步骤，解释我们如何走到今天。”

这一情景始于约5.6亿年前，当时我们的无脊椎祖先大多埋在海底生活。它们伸出没有大脑的头部，过滤水中漂浮的食物颗粒。

尼尔松及同事提出，这些脊椎动物的前身在头顶拥有一块感光细胞斑。这些细胞追踪昼夜周期，调节生物钟，也提供简单的方位信息，使它们既能伸出头觅食，又避免被捕食。

这一独眼祖先的一些后代离开洞穴，开始游泳。它们仍是大脑很小的简单生物，仍通过过滤水中食物为生，但现在需要更多环境信息。

它们的单眼变得更复杂。左右两侧进化出杯状凹陷，可感知入射光方向。沿杯壁不同位置的感光细胞会被激活。尼尔松及同事认为，这些结构是我们视网膜的前身。

感知光的方向帮助这些动物在水中移动，保持直立和稳定。

尼尔松说：“视野的一大部分变暗，而另一部分没有。这告诉你自己正向某个方向倾斜。”

经过数百万年，这些滤食祖先进化成小型鱼类，拥有大脑和可捕捉活体猎物的口器。尼尔松及同事认为，这一转变离不开眼睛的进一步变化。

尼尔松说：“对它们来说，更好的位置是在头部两侧。”

当这些原始视网膜移至头部两侧时，感光细胞之间的连接重新布线，形成更清晰的视觉。

这些早期鱼类如今可以在向前游动时感知周围环境的流动。

“这提供了一种全新的方式在环境中移动并避开障碍。”尼尔松说。

但当新眼睛迁移到两侧后，这些动物仍保留头顶的祖先之眼。它不能提供环境细节，却继续提供整体光照等重要信息。现代鱼类头顶仍有一块感光细胞区域，称为松果体。

加州大学伯克利分校的计算生物学家卡西克·谢卡尔未参与该研究，他表示：“这是一个有说服力的新观点，但仍需进一步验证。”

他说，一种检验方式是比较多种脊椎动物松果体与视网膜细胞的活动。如果尼尔松及同事正确，两种器官的细胞应具有深层分子相似性，显示深远的进化联系。

巴登表示，他们已开始在斑马鱼中进行比较。“这只是开始，而非终点。”

不过，新化石发现表明，眼睛进化路径可能比假说更曲折。

近年来，中国和英格兰的古生物学家研究了距今5.18亿年的最早脊椎动物化石。这些化石显示头部两侧有带晶状体和视网膜的眼睛，但头顶还有第二对同样具备晶状体和视网膜的眼睛。

布里斯托大学古生物学家雅各布·文瑟推测，早期脊椎动物体型小，常被大型无脊椎动物捕食，拥有四只眼睛可获得更宽广视野。

文瑟说：“我认为它们拥有四只眼睛，是因为处于食物链底端。”

尼尔松推测，多出的一对眼睛可能源于脊椎动物DNA发生重大变化。一些研究暗示，脊椎动物早期进化阶段曾发生全基因组复制。额外基因组可能促成额外眼睛形成。

文瑟表示，随着脊椎动物进化为顶级捕食者，它们可能失去了额外眼睛。“当你处于食物链上端，就不再需要分散式视觉。那些眼睛变得有些多余。”

脊椎动物或许失去了额外眼睛，但头顶古老的感光组织保留下来。鱼类登陆后，松果体依然存在，人类至今仍拥有它。

不过，在像人类这样的哺乳动物中，松果体已沉入大脑深处，无法直接感光。来自眼睛的光信号被传递至松果体，促使神经元根据昼夜释放不同激素。

我们的松果体几乎只是勉强保留着作为原始眼睛的远古遗产。

未来实验或将揭示脊椎动物眼睛在5亿年间的进化更多细节。尼尔松说，他希望拥有时光机器验证理论。

“只要让我回到6亿年前一个小时，”他说，“看看那些动物究竟长着什么样的眼睛。”