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關燈滑手機眼睛會不會瞎掉?

PanSci_96
・2016/02/16 ・2923字 ・閱讀時間約 6 分鐘 ・SR值 495 ・六年級

本篇文章由台灣之星贊助,泛科學策畫執行。

文/珍世明眼科診所 院長 王孟祺醫師

圖片1
photo via Japanexperterna.se @flickr, CC License

你曾在網路上看過「關燈滑手機會導致失明」的文章嗎?科技的便利讓現代人深深著迷,我們卻又被眾多媒體報導威脅著其對視力的傷害。究竟在黑暗中使用手機,對眼睛會造成什麼影響?這次,讓我們全部講清楚!

要了解這件事,首先得從眼睛的原理講起。眼球是將「光線訊號」轉變為「電生理訊號」、再傳導至大腦的重要器官,就像太陽能發電的感光板,能將「光線」轉變為「電流」。眼球內部襯有一層薄膜,也就是我們常聽到的視網膜,視網膜上的「感光細胞」就是負責把光線訊號轉變為電生理訊號的角色。

我們為什麼能看見顏色?S、M、L 型細胞各司其職

人類的感光細胞有錐狀細胞與桿狀細胞兩種,其中錐狀細胞可以再分為三種類型:S 型、M 型與 L 型,分別對藍色光,綠色光與紅色光最為敏感。發現了嗎?這些錐狀細胞是不是和我們的螢幕一樣,由紅、藍、綠三原色所組成?沒有錯,當光線經過角膜與水晶體聚焦在視網膜上,S、M、L 型錐狀細胞便接受刺激,產生不同比率的反應並傳送到大腦,讓我們產生了色覺、看見了東西。

圖片2
讓人產生色覺的錐狀細胞,其特性類似螢幕由紅、綠、藍三原色組成。photo via Nancy <I’m gonna SNAP!@flickr, CC License

那麼,光線究竟是如何變為電流呢?在接受光線刺激時,感光細胞膜上的「視蛋白」會產生結構上的變化、細胞膜的通透性改變,因此產生了生物電流。而感光後的視蛋白要再恢復原狀,才能再度感光;就好像照相機的底片曝光後,我們再經過某種化學處理,讓它恢復為可以照相的新底片一樣。這個將視蛋白恢復原狀的任務是由感光細胞的好鄰居──色素上皮細胞來負責。

色素上皮細胞將視蛋白恢復原狀,同時也吞噬並清除感光細胞所代謝產生的廢物。雖然默默進行,卻是一項高代謝性的生理活動,因此我們的眼球需要大量的血液循環,以及很高的氧氣含量來維持。要是感光細胞或色素上皮細胞受到傷害,就會阻礙這項生理循環進行,連帶著使視覺功能受到影響。因此,要有好的視覺功能,感光細胞與色素上皮細胞的健康缺一不可。

在黑暗中用手機眼睛會壞掉!說的到底是哪一種「壞掉」?

光線對組織造成的傷害可以分成幾類,首先是光熱能傷害。要有極高的光線能量,使視網膜組織溫度瞬間升高十度以上,才可能造成細胞的急性灼傷;因此除非你故意用眼睛直視太陽、或使用透鏡把雷射光線聚焦在視網膜上(誰會這樣!),否則一般日常生活中不太會出現光熱能傷害。畢竟光線過強時,我們都會自然出現閉眼、轉頭,或以手遮掩的趨避動作啊。

圖片3
光線過強時,人們會自然閉眼或遮掩保護眼睛。photo via Pink Sherbet Photography@flickr, CC License

第二類我們稱為光化學傷害,指的是在光線產生的化學變化中,「日積月累」所造成的傷害。

1965 年,Noell 博士偶然發現,白化症的大鼠在自然強度的螢光燈下連續暴露數小時、甚至數天後,視網膜會受到不可逆的傷害,從此揭開了光線對視網膜慢性傷害的研究熱潮。近年越來越受到矚目的老年性黃斑病變,也被認為與光線的「長期傷害」有關,尤其是短波長的藍光傷害。(註1)

這種傷害一開始發生在色素上皮細胞,和光子接觸到有機分子後引發游離基與氧化作用有關,光子的能量越高也越容易造成這種型態的傷害。

重點來了,「關燈滑手機」真的會失明嗎?

根據上段描述的光線傷害,認為「關燈滑手機容易傷眼」,可能的原因應該有幾項:

第一、光線能量很強,超過其它的光源
第二、比其它光源更容易造成慢性傷害,也就是比其它光源具有更多短波長光線

手機光線很強嗎?會有這樣的錯覺多半是因為關了燈、手機不用多亮我們就會覺得刺眼;若把手機的亮度固定,再拿到有光源的地方,可能就會發現手機的絕對亮度並不強,我們不能從主觀的相對明亮感去判斷光線的絕對能量

大家想像一下演唱會時,關了燈觀眾舉起手機搖晃, 也只見星光點點,可見手機亮度的絶對能量遠低於其它照明。你或許會問,在黑暗中人類瞳孔擴大,讓更多光線進入,這點不用列入討論嗎?事實上,一般狀況下人類瞳孔的直徑約為 3mm(毫米),黑暗中則放大為 6 至 7mm,進入的光線也增加為原本的 4 至 6 倍;然而,手機的能量在乘以 4 至 6 倍後仍低於其它光線的強度。

如果觀看這樣的光源,短時間就會喪失視力,那麼一般日常生活的照明光源、日光強度都遠勝於手機,更有可能造成人們失明啊!因此第一點,「手機光線的絕對能量造成眼睛灼傷」應該可以被排除。

圖片4
手機的絕對亮度其實不強 。photo via Joanna Poe@flickr, CC License

那麼第二項條件,比起其它光源,手機具有更多短波長的光線嗎?許多人認為手機的背光面板是藍光 LED 製作出來的,所以手機會比其它光源釋放出更多的藍色波長光線,對眼睛造成極大傷害。其實,背光面板的藍色 LED 波長在 460 奈米左右,在藍色系光線中還算是波長較長的光子!另外,太陽光中含有更多短波長的光線、甚至紫外線,藍光也無時無刻存在我們的環境之中,並非手機所獨有。雖然日光是以「散射」而非「直射」的方式進入眼睛,但其光線能量仍比手機高若要說手機藍光危險,那每天在戶外工作的人曝露在更多的短波長光線下,應該更值得我們擔心注意。

不過,「關燈滑手機」除了手機光源外,還需要考慮眼睛本身的因素 ─ 在暗適應的環境中視網膜對光線的敏感度會提高,在這種情况下,光線是否更容易對眼睛造成慢性傷害?此部分恐需更多相關研究才能證實。

該小心的是姿勢不良與眼睛疲勞

那麼,在黑暗中滑手機就沒有其它傷害了嗎?其實「關燈看手機」常發生在就寢前,或學童怕被家長發現,而在被窩裡偷偷使用手機。雖然不至於造成失明,但是這樣的使用狀況常伴隨姿勢不良,距離過近,也常會影響睡眠,造成眼睛疲勞與乾燥。

如果在生長發育期時就養成這樣的壞習慣,因為近距用眼容易讓近視度數增加,引發高度近視的後果,而高度近視本身就與早發性白內障、青光眼、視網膜剝離與黃斑退化等可能造成失明的眼疾息息相關,這才是隱藏性的最大危機!

簡言之,目前並無足夠實證能說明關燈看手機會直接造成失明。但是孩童若是養成用眼的壞習慣,長大後成為高度近視患者,失明的機會將大增。下次,再聽到有人說「黑暗中看手機會瞎掉啦」,或是「關燈看手機才不會怎樣呢」,你都知道要如何回答了吧!

  • 註1:藍光傷害中所指的「藍光」其實泛指可見光中短波長 400 – 500 奈米的藍色系光線(這個波段包括了藍、靛、紫的光波,但是我們統稱為藍光);也有人稱之為紫外線藍光(UV – Blue)傷害,因為波長更短的紫外線所造成的傷害更大。
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近視是一種疾病!——認識近視及日常保健懶人包
careonline_96
・2022/08/11 ・2768字 ・閱讀時間約 5 分鐘

  • 文/吳佩昌 醫師|高雄長庚紀念醫院眼科教授暨近視防治中心主任、教育部國教署學童視力保健計畫主持人

一、什麼是近視?

近視主要原因是眼軸拉長,導致遠方的影像無法聚焦成像在視網膜上。近視是遠方的景物焦點落在視網膜前方,而非在視網膜上,形成一個模糊影像;因看遠處會較模糊、看不清楚;看近處會較清楚,故稱為「近視」。

大部分近視眼都是眼軸拉長所致。眼軸是從眼球前表面一直到視網膜表面的這段距離,也稱為眼球前後直徑。眼球是一個水球,一旦拉長時,眼睛組織變薄,體積和重量變大,對眼球的壓力及衝擊力變大,就容易產生病變。

近視後不只是配眼鏡矯正視力,大多數人認為戴上眼鏡看清楚就沒事了,但是不知道的是眼鏡只能做為輔助工具,卻無法控制近視度數加深,並忽略了近視會惡化危害眼睛健康和導致許多併發症。

目前國際臨床上,針對近視的照護標準已進展到控制度數,也就是透過醫療處置來延緩加深度數,維持眼睛的健康,而非單純佩戴近視眼鏡而已。

近視眼度數越深表示眼軸得越長,眼球的病變風險越高。近視 500 度的高度近視患者,比沒近視者,黃斑部病變的風險增為 41 倍,視網膜剝離風險增為 9 倍,白內障風險增為 3 倍;如果是近視 800 度的高度近視患者,比沒近視者,黃斑部病變的風險增為 126 倍,視網膜剝離風險增為 21 倍,白內障風險增為 5 倍。

二、近視是一種疾病!

世界衛生組織提出近視達 500 度有失明風險的警告,2050 年將會有近 50 億人口近視,其中 10 億人會因高度近視(>500 度以上)而有失明風險。

近視 500 度以上可能導致多種併發症:

  • 眼睛提早老化,導致視力變差,視野受損,甚至提高失明的機會。
  • 易罹患青光眼導致周邊視野受損。
  • 易罹患黃斑部病變導致中心視野受損。
  • 易提早白內障導致視力模糊。
  • 易罹患視網膜剝離導致視野缺損、視力受損,甚至失明。

近年來,不只是高齡族群發生視網膜剝離,20~29 歲年輕人數也持續攀升中。高雄長庚眼科近視防治中心吳佩昌主任指出,國人視網膜剝離發生率為各國之冠,隨著 3C 世代來臨,民眾自我保健意識也要跟著抬頭,才能避免近視相關併發症發生,進而維護大家的視力健康。

三、近視自我保健這樣做

(一)每年至少一次定期至醫院視力檢查留下檢查紀錄,若發現問題可以提早治療。

  1. 散瞳檢查:定期散瞳檢查眼底視網膜。
  2. 眼軸測量:正常為 24 毫米以內。
  3. 眼壓及視神經盤檢查。

(二)症狀自我察覺:飛蚊症是否突然變多、出現布幕般黑影或是有閃電的症狀。

(三)閱讀時要有適度光線,及正確姿勢,保持 30~45 公分的距離。

(四)減少過度用眼:用眼 30 分鐘,宜休息 10 分鐘。

(五)戶外活動預防近視:研究指出每周戶外活動 11 小時,一年平均可減少 55% 近視機率。戶外活動不僅可以減少眼睛肌肉緊張,也增加視網膜多巴胺分泌量,進而抑制眼軸拉長,降低視網膜剝離機率。

(六)營養要均衡,並多吃綠色蔬菜及富含葉黃素的食物。

四、雷射近視手術能夠治癒近視嗎?

在認識雷射近視手術前,我們先來認識眼睛的構造。

  • 角膜(Cornea):角膜為透明組織,可讓光線進入眼球的主要屈光表面,避免外在環境傷害。
  • 鞏膜(Sclera):為眼球壁,可保護眼球內部及維持眼球形狀。
  • 水晶體(Lens):是眼球的主要屈光結構之一,也是唯一有調節能力的屈光間質。
  • 虹膜(Iris):虹膜中間的洞形成瞳孔,可讓光線通過。虹膜有環狀肌及放射肌,收縮和放鬆時改變瞳孔大小,虹膜上的色素細胞多寡會決定虹彩顏色。
  • 視網膜(Retina):為眼球壁內層,佈滿感光細胞及神經纖維。視網膜中心區稱為黃斑部,為視力最重要的地方。
  • 睫狀肌(Ciliary muscle):是位於眼球中層(血管層)的一圈平滑肌,它能控制和調節水晶體形狀,以便看清近物、遠物以及正在移動的物體。
  • 視神經(Optic nerve):視神經具有能傳導神經訊號的功能,可將視覺傳導到大腦。

雷射近視手術是以雷射光點將角膜磨平,透過改變角膜的厚度來改變屈光率,讓影像可以聚焦在近視眼較長的眼球之視網膜上,達到矯正近視的效果。但是眼球依舊有眼軸拉長問題,且有易出現各種近視併發症的風險!

五、日常保養重點

  • 定期就醫視力檢查:每年應進行 1~2 次眼科醫師檢查 ,以及配合學校護理人員進行學生視力保健的健康管理。
  • 天天戶外活動 2 小時:力行「天天戶外遠眺 2 小時」,每天戶外活動時間加總 2 小時。
  • 力行規律用眼 3010:進行近距離用眼時,一定要遵守「規律用眼」,近距離用眼 3C 或讀書 30 分鐘遠眺休息 10 分鐘。
  • 睡眠時間是充足:充足睡眠可讓眼球肌肉休息和組織修復。
  • 正確飲食健康五蔬果:攝取富含水果和蔬菜的飲食,特別是深色多葉蔬菜,例如菠菜、羽衣甘藍,對維持眼睛健康也很重要。
  • 指導單位:教育部
  • 執行單位:國立臺灣師範大學 照護線上
  • 諮詢專家:高雄長庚紀念醫院眼科教授暨近視防治中心主任、教育部國教署學童視力保健計畫主持人吳佩昌醫師
  • 諮詢單位:衛生福利部、衛生福利部國民健康署、中華民國眼科醫學會
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風靡世界!全台百萬人已下載「小白濾鏡」,這眼疾年輕人也要注意
careonline_96
・2021/10/26 ・1279字 ・閱讀時間約 2 分鐘

風靡世界!全台百萬人已下載「小白濾鏡」,這疾病年輕人也要注意

你可能幫相機安裝過濾鏡,讓相片呈現出各式各樣的風貌,但是有一款「小白濾鏡」卻會不請自來,讓影像變得昏暗、模糊,更麻煩的是這款濾鏡裝在眼睛裡,不是想移除就能輕易移除!

這款風靡世界,全台已有百萬人安裝的「小白濾鏡」,便是白內障。白內障是因為眼睛中原本清澈透明的水晶體病變、混濁,所以看東西時會越來越模糊。根據世界衛生組織的統計,白內障是全世界導致失明的主要原因。

白內障逐漸年輕化,並非老年人的專利!

近年來白內障有年輕化趨勢,30-50 歲民眾罹患比例增加,研判可能與高度近視、長期用眼過度、戶外活動紫外線過量等原因有關。

白內障往往是在不知不覺中發生,並漸漸惡化,患者大多沒有明顯的感覺,建議大家養成定期檢查的習慣,才能及早發現白內障。

安裝小白濾鏡,模擬白內障看世界

為提醒年輕族群重視眼睛健康,嬌生眼力健以現代人拍照打卡必備的「濾鏡」為主題,推出疾病衛教影片,用濾鏡的效果比喻白內障可能會有的症狀,如色彩失真、視線模糊、莫名光暈等等。

安裝小白濾鏡,模擬白內障看世界

由於大家對於白內障的症狀較陌生,所以同步推出「小白濾鏡」,濾鏡效果可模擬白內障患者所看到的影像,包括視線障礙、彩度降低、視覺模糊等。如果發現自己或家人出現類似狀況,務必立刻就醫。趕快點擊試用「小白濾鏡」。

要治療白內障可透過手術更換人工水晶體,目前人工水晶體的種類、功能眾多,建議可以與醫師討論,選擇最符合個人需求的人工水晶體,以重拾生活品質,恢復睛彩視力。

嬌生眼力健長期深耕於視力照護,協助眼科專業人士提供符合病患需求的治療,包括白內障及角膜健康護理等,也特別呼籲年輕族群,別忽略視線不良帶來的影響及可能造成的傷害,應養成良好的用眼習慣、保護眼睛,並多多關注眼睛的健康狀況!


觀看完整影片:https://youtu.be/SNruNgYejaw

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文/珍世明眼科診所 院長 王孟祺醫師

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你曾在網路上看過「關燈滑手機會導致失明」的文章嗎?科技的便利讓現代人深深著迷,我們卻又被眾多媒體報導威脅著其對視力的傷害。究竟在黑暗中使用手機,對眼睛會造成什麼影響?這次,讓我們全部講清楚!

要了解這件事,首先得從眼睛的原理講起。眼球是將「光線訊號」轉變為「電生理訊號」、再傳導至大腦的重要器官,就像太陽能發電的感光板,能將「光線」轉變為「電流」。眼球內部襯有一層薄膜,也就是我們常聽到的視網膜,視網膜上的「感光細胞」就是負責把光線訊號轉變為電生理訊號的角色。

我們為什麼能看見顏色?S、M、L 型細胞各司其職

人類的感光細胞有錐狀細胞與桿狀細胞兩種,其中錐狀細胞可以再分為三種類型:S 型、M 型與 L 型,分別對藍色光,綠色光與紅色光最為敏感。發現了嗎?這些錐狀細胞是不是和我們的螢幕一樣,由紅、藍、綠三原色所組成?沒有錯,當光線經過角膜與水晶體聚焦在視網膜上,S、M、L 型錐狀細胞便接受刺激,產生不同比率的反應並傳送到大腦,讓我們產生了色覺、看見了東西。

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那麼,光線究竟是如何變為電流呢?在接受光線刺激時,感光細胞膜上的「視蛋白」會產生結構上的變化、細胞膜的通透性改變,因此產生了生物電流。而感光後的視蛋白要再恢復原狀,才能再度感光;就好像照相機的底片曝光後,我們再經過某種化學處理,讓它恢復為可以照相的新底片一樣。這個將視蛋白恢復原狀的任務是由感光細胞的好鄰居──色素上皮細胞來負責。

色素上皮細胞將視蛋白恢復原狀,同時也吞噬並清除感光細胞所代謝產生的廢物。雖然默默進行,卻是一項高代謝性的生理活動,因此我們的眼球需要大量的血液循環,以及很高的氧氣含量來維持。要是感光細胞或色素上皮細胞受到傷害,就會阻礙這項生理循環進行,連帶著使視覺功能受到影響。因此,要有好的視覺功能,感光細胞與色素上皮細胞的健康缺一不可。

在黑暗中用手機眼睛會壞掉!說的到底是哪一種「壞掉」?

光線對組織造成的傷害可以分成幾類,首先是光熱能傷害。要有極高的光線能量,使視網膜組織溫度瞬間升高十度以上,才可能造成細胞的急性灼傷;因此除非你故意用眼睛直視太陽、或使用透鏡把雷射光線聚焦在視網膜上(誰會這樣!),否則一般日常生活中不太會出現光熱能傷害。畢竟光線過強時,我們都會自然出現閉眼、轉頭,或以手遮掩的趨避動作啊。

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光線過強時,人們會自然閉眼或遮掩保護眼睛。photo via Pink Sherbet Photography@flickr, CC License

第二類我們稱為光化學傷害,指的是在光線產生的化學變化中,「日積月累」所造成的傷害。

1965 年,Noell 博士偶然發現,白化症的大鼠在自然強度的螢光燈下連續暴露數小時、甚至數天後,視網膜會受到不可逆的傷害,從此揭開了光線對視網膜慢性傷害的研究熱潮。近年越來越受到矚目的老年性黃斑病變,也被認為與光線的「長期傷害」有關,尤其是短波長的藍光傷害。(註1)

這種傷害一開始發生在色素上皮細胞,和光子接觸到有機分子後引發游離基與氧化作用有關,光子的能量越高也越容易造成這種型態的傷害。

重點來了,「關燈滑手機」真的會失明嗎?

根據上段描述的光線傷害,認為「關燈滑手機容易傷眼」,可能的原因應該有幾項:

第一、光線能量很強,超過其它的光源
第二、比其它光源更容易造成慢性傷害,也就是比其它光源具有更多短波長光線

手機光線很強嗎?會有這樣的錯覺多半是因為關了燈、手機不用多亮我們就會覺得刺眼;若把手機的亮度固定,再拿到有光源的地方,可能就會發現手機的絕對亮度並不強,我們不能從主觀的相對明亮感去判斷光線的絕對能量

大家想像一下演唱會時,關了燈觀眾舉起手機搖晃, 也只見星光點點,可見手機亮度的絶對能量遠低於其它照明。你或許會問,在黑暗中人類瞳孔擴大,讓更多光線進入,這點不用列入討論嗎?事實上,一般狀況下人類瞳孔的直徑約為 3mm(毫米),黑暗中則放大為 6 至 7mm,進入的光線也增加為原本的 4 至 6 倍;然而,手機的能量在乘以 4 至 6 倍後仍低於其它光線的強度。

如果觀看這樣的光源,短時間就會喪失視力,那麼一般日常生活的照明光源、日光強度都遠勝於手機,更有可能造成人們失明啊!因此第一點,「手機光線的絕對能量造成眼睛灼傷」應該可以被排除。

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那麼第二項條件,比起其它光源,手機具有更多短波長的光線嗎?許多人認為手機的背光面板是藍光 LED 製作出來的,所以手機會比其它光源釋放出更多的藍色波長光線,對眼睛造成極大傷害。其實,背光面板的藍色 LED 波長在 460 奈米左右,在藍色系光線中還算是波長較長的光子!另外,太陽光中含有更多短波長的光線、甚至紫外線,藍光也無時無刻存在我們的環境之中,並非手機所獨有。雖然日光是以「散射」而非「直射」的方式進入眼睛,但其光線能量仍比手機高若要說手機藍光危險,那每天在戶外工作的人曝露在更多的短波長光線下,應該更值得我們擔心注意。

不過,「關燈滑手機」除了手機光源外,還需要考慮眼睛本身的因素 ─ 在暗適應的環境中視網膜對光線的敏感度會提高,在這種情况下,光線是否更容易對眼睛造成慢性傷害?此部分恐需更多相關研究才能證實。

該小心的是姿勢不良與眼睛疲勞

那麼,在黑暗中滑手機就沒有其它傷害了嗎?其實「關燈看手機」常發生在就寢前,或學童怕被家長發現,而在被窩裡偷偷使用手機。雖然不至於造成失明,但是這樣的使用狀況常伴隨姿勢不良,距離過近,也常會影響睡眠,造成眼睛疲勞與乾燥。

如果在生長發育期時就養成這樣的壞習慣,因為近距用眼容易讓近視度數增加,引發高度近視的後果,而高度近視本身就與早發性白內障、青光眼、視網膜剝離與黃斑退化等可能造成失明的眼疾息息相關,這才是隱藏性的最大危機!

簡言之,目前並無足夠實證能說明關燈看手機會直接造成失明。但是孩童若是養成用眼的壞習慣,長大後成為高度近視患者,失明的機會將大增。下次,再聽到有人說「黑暗中看手機會瞎掉啦」,或是「關燈看手機才不會怎樣呢」,你都知道要如何回答了吧!

  • 註1:藍光傷害中所指的「藍光」其實泛指可見光中短波長 400 – 500 奈米的藍色系光線(這個波段包括了藍、靛、紫的光波,但是我們統稱為藍光);也有人稱之為紫外線藍光(UV – Blue)傷害,因為波長更短的紫外線所造成的傷害更大。
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確認過眼神?比起翅膀,鳥類的眼睛大小更能說明牠們的生活習性
羅夏_96
・2021/09/07 ・3131字 ・閱讀時間約 6 分鐘

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如果要你從鳥類的一項「特徵」中猜出牠的生活環境和飲食習慣,你會選擇哪樣特徵呢?大部分人 (包括我) 可能都會講翅膀。畢竟翅膀是鳥類最大的特徵,過去也確實有研究顯示可以通過鳥類翅膀的長度與型態來推測牠們的習性。不過一項新的研究指出,比起翅膀,鳥類的「眼睛」更能體現牠們的生活環境與習性[1]

先聊聊什麼是「生態形態學」?

為了適應所處的生態環境,生物往往會有相對應的生理特徵。例如生活在無光環境的生物,大多會降低視覺的重要性,改為發展更敏銳的嗅覺或觸覺能力。除了生態環境,生物也會根據其飲食發展相對應的生理特徵。例如生活在加拉巴哥群島上的達爾文雀 (啟發達爾文演化想法的鳥鳥們〜),其鳥喙的尺寸與形狀會高度適應食物來源。

這種研究生物型態適應生態環境的學科被稱為生態形態學 (Ecomorphology)。該學科認為,生物體所表現出的形態特徵會受到其所處生態環境的直接或間接影響。因此生態形態學旨在透過測量與行為相關的性狀以及生物體的適應性構造,來將生物形態與生態環境聯繫起來。

Darwin's finches.jpeg
達爾文雀的鳥喙尺寸和形狀差異很大,而這反應了牠們的食性。圖 / 維基百科

而科學家們在對鳥類的許多形態特徵如翅膀、尾巴和鳥喙等進行深入研究後,確實找出這些特徵與生態間的關聯,並且也能用這些特徵來回推鳥類的生態環境與食性。不過,來自佛羅里達大學生態系統保護實驗室的博士畢業生 —— Ian Ausprey 心中一直有個疑問,關於鳥類特徵與生態環境的研究中,為什麼沒有與「眼睛」相關的研究?

鳥類眼睛與生態環境的連結

鳥類的味覺和嗅覺較不發達,因此大部分鳥類主要依靠視覺來導航、尋找食物和躲避掠食者,而這就讓牠們在陸生脊椎動物中,有著相當大的眼睛 / 身體比例。大眼睛不僅讓鳥類擁有出色的距離和色彩辨識能力,同時牠們也有著頂尖的空間識別與物體對焦能力。不過,擁有這些能力要有相對應的處理器。

大眼睛所帶來大量的視覺訊號,需要一定發展程度的神經系統才能處理,而這就會進一步增加大腦的體積。鳥類的另一大特徵就是「飛行能力」,為此牠們發展出輕量化與流線性的身形。如果鳥類今天選擇強化自己的視覺能力,就會讓頭部體積變大,但當頭部體積變得太大,就會影響到牠們的飛行能力。

為了維持飛行能力,鳥類在頭部體積增加的情況下,也必須改變自己的體型,以此避免出現頭重腳輕的情況。因此鳥類的眼睛大小與其體型會達到一個平衡,這就讓我們能藉由眼睛大小來推測該鳥類的體型。另外大眼睛雖然有著出色的光捕捉和動態對焦能力,但面對強光也容易產生眩光,因此大眼睛的鳥類不會生活在強光環境,所以從眼睛的大小也能回推鳥類所處的生活環境。綜合以上想法,Ausprey 認為鳥類的眼睛應該是很好的生態形態學研究重點。

為了證明上述的想法,Ausprey 在秘魯的森林中花費五年的時間測量鳥類的眼睛尺寸。在他測到的十幾種鳥類中,眼睛的尺寸確實能有效回推鳥類的生活環境和食性。不過他想知道這種模式是否能適用所有鳥類,而不僅僅只是秘魯的鳥類,於是他開始搜尋有關鳥類眼睛尺寸的生態形態學相關研究,但他發現這方面的研究非常少。過往關於鳥類眼睛的研究,通常只包括幾十個物種並只在特定區域進行研究。不過至今沒有這種大規模的物種與全球性分析也很正常,在全球七大洲上有超過 8000 種的鳥類,若真要施行這種測量鳥類眼睛尺寸的實驗,那所耗費的人力、物力、財力和時間想必非常可觀!

在沒有足夠數據的情況下, Ausprey 卻在一個讓人想不到的地方找到大量鳥類眼睛尺寸的完整數據。

鳥類的多樣性非常高,種類超過 8000 種。 圖/Pixabay

塵封的論文,記載了全球 4000 多種鳥眼數據

Ausprey 在查閱資料的過程中,意外發現一個在芝加哥大學攻讀博士的學生 —— Stanley Ritland 在 1980 年代所撰寫的文章[2]。在該文章中,Ritland 記錄了 4000 多種鳥類眼睛尺寸的詳細數據 (其實不只有鳥類,哺乳類和爬蟲類動物他都一併紀錄)!這些數據是怎麼來的呢?是 Ritland 跑遍全美各地的博物館,從館藏的酒精標本中測量而得。

那麼為什麼如此大量寶貴的數據,沒有太多學術界的人知道呢?因為 Ritland 在獲得博士學位後就離開學術界,也沒有將他收集的數據發表在任何學術期刊上,因此這些數據就這樣靜靜地躺在芝加哥大學的圖書館中,直到 Ausprey 這個伯樂相中這些數據並開發其中的價值。

Ausprey 從文章中選取了 2777 種鳥類的數據,並將各鳥類物種的眼睛尺寸數據依體重進行標準化。在這個過程中,Ausprey 排除那些因生活在極端光照環境下而有格外大眼睛的鳥類,如老鷹和貓頭鷹,而把注意力放在白天捕食的陸棲鳥類身上。

鳥眼的大小,與環境及食性密切相關

分析結果顯示,鳥類的眼睛大小確實與生活環境高度相關。無論鳥類所處的緯度為何,只要是在接近森林底層等陰暗處狩獵與覓食的鳥類都長著大眼睛,因為大眼睛能讓牠們在陰暗的環境中捕捉到更多的光訊號。相反,那些在天空翱翔時間較長的鳥類則長著較小的眼睛,因為這樣能減少眩光的影響。

除了與生活環境有關,鳥類眼睛的大小也與食性密切相關。大眼睛不僅能吸收更多光線,還能增加焦距和解析度,這就相當於給相機加裝一個長焦鏡頭。不論是生活森林底層還是開闊環境的鳥類,只要是以昆蟲和其他小型動物為食,往往具有更大的眼睛,因大眼睛能遠距離發現獵物,並在追捕的過程中持續鎖定獵物。而吃花蜜和果實的鳥類,眼睛相對最小,這可能是因為牠們在尋找食物時,更多是依賴顏色而非形狀。

雖然這個研究並沒有將 Ritland 的數據全部分析完,但目前的結果已經顯示鳥類的眼睛大小這單一特徵,比起翅膀、尾巴和鳥喙等其他特徵,更能有效預測鳥類的體型、食性、生活環境和運動方式。

那麼這個研究能給我們怎樣的啟示呢?

首先是鳥類保護。近來隨著農地的開發與森林的砍伐,造成越來越多的森林破碎化問題。根據現有的研究指出,有著大眼睛的鳥類確實會避開光照強烈的農地和森林邊緣,躲進日益減小的森林棲地之中。而當這些鳥類躲在狹小又破碎的森林之中,很容易就會滅絕。因此根據這個研究的結果,未來我們可以從鳥類的眼睛大小來判斷牠們在農地開發區會受到怎樣的影響,這樣就能事先進行開發區的調整與鳥類相關的保護措施。

鳥類的眼睛具有瞬膜,在保護眼睛的同時還能保有部分視覺。圖 / 維基百科 by Toby Hudson

第二是動物標本作為研究動物形態的價值。過往科學界對於動物形態的資訊,大多仰賴田野調查的實際測量。但很多時候,動物處在難以抵達的環境,這就讓測量的難度大增。而這個研究的結果顯示,保存良好的動物標本也能很好地還原動物的真實形態。這就告訴生態學家,面對野外難以取得的動物形態資訊,或許可以在博物館的標本中找到。

最後,我覺得這篇研究很好的呼應了「保育」的概念。如果 Ritland 的文章與博物館中的動物標本都沒有保存,那就不會有這篇研究了。回到現實世界也是,很多時候人們都覺得生物保育沒有價值,但你怎麼知道呢?或許某些物種在未來的某一天能被人們發現其中的價值,但如果我們沒有做好保育,就只能讓這種價值隨著物種滅絕而消逝。

參考資料

  1. Ausprey IJ. Adaptations to light contribute to the ecological niches and evolution of the terrestrial avifauna. Proc Biol Sci. 2021 May 12;288(1950):20210853.
  2. Ritland S. 1982. The allometry of the vertebrate eye. Chicago, IL: University of Chicago
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羅夏_96
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同樣的墨跡,每個人都看到不同的意象,也都呈現不同心理狀態。人生也是如此,沒有一人會體驗和看到一樣的事物。因此分享我認為有趣、有價值的科學文章也許能給他人新的靈感和體悟