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鸡眼中隐藏的秩序

复制鸡眼结构可能有助于光传感器技术的进步。

作者:Shannon Palus
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鸡眼中视锥细胞的分布(上图)隐藏着一种独特且分层的结构。图片来源:Joseph Corbo 和 Timothy Lau,华盛顿大学;Gabor Kecskemeti/Thinkstock

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从近距离观察,许多系统看起来是混乱的——星团、超流氦中的原子、某些亚原子粒子的随机排列。然而,当我们拉开距离时,它们却呈现出组织化的状态。它们具有“隐藏的秩序”,普林斯顿理论科学家萨尔瓦托雷·托夸托(Salvatore Torquato)十年前发现了这一现象,并将其称为“超均匀且无序”。

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最近,华盛顿大学圣路易斯分校的神经科学家约瑟夫·科博(Joseph Corbo)带着一个生物学难题找到了托夸托。鸡的眼睛里有五种视锥细胞——帮助感知颜色的细胞(人类有三种)——紧密地排列在一个小空间内。科博想知道为什么这些细胞是有序的,但又不是完全有序的?他到底遗漏了什么?他和托夸托一起发现,这些视锥细胞的紧密排列实际上是超均匀且无序的。“然而,”托夸托说,“这也带来了一个转折。”

当托夸托一次只观察一种视锥细胞时,他发现它们也具有超均匀且无序的排列。隐藏的秩序中又存在着隐藏的秩序。这种“多超均匀”且无序的模式是生物学中前所未见的物质排列方式。实际上,这是一种进化与物理学极限碰撞的例子:理想情况下,视锥细胞会进化成完美的图案,但由于眼睛空间有限,它们只能尽其所能。

这可能也并非如此独特。科博认为,如果我们再仔细观察一下,其他鸟类甚至其他动物的眼睛也会揭示出类似的超均匀结构。(毕竟,鸡的视觉并没有什么特别之处。)但理解和重现鸡眼组织方案可能有助于改进相机、扫描设备和其他探测器——这些机器就像任何生物眼睛一样,应该能够捕捉到某些类型的光,而忽略其他类型的光。

[本文最初以“喔喔的视野”为标题发表于印刷版。]

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