我們?nèi)祟愂遣怀Ｒ姷囊曈X生物。我們這些被賦予正常視力的人習(xí)慣于認(rèn)為我們的眼睛對于我們?nèi)绾误w驗(yàn)世界至關(guān)重要。視覺是一種先進(jìn)的光感受形式 - 即光感應(yīng)。但我們在日常生活中也經(jīng)歷了其他更基本的光感覺形式。例如，我們都知道在我們的皮膚上感受溫暖的陽光的喜悅，在這種情況下，使用熱作為光的替代品。沒有眼睛甚至是特殊的感光細(xì)胞是必需的。

但科學(xué)家近幾十年來發(fā)現(xiàn)許多動物 - 包括人類 - 在眼睛外的意想不到的地方確實(shí)有專門的光檢測分子。這些“眼外光感受器”通常存在于中樞神經(jīng)系統(tǒng)或皮膚中，但也經(jīng)常存在于內(nèi)部器官中。什么是光敏分子在眼睛以外的地方做什么?

視覺取決于檢測光線

在動物中鑒定的所有視覺細(xì)胞使用稱為視蛋白的單個(gè)蛋白質(zhì)家族檢測光。這些蛋白質(zhì)捕獲一種光敏分子 - 來自維生素A - 當(dāng)暴露在光線下時(shí)會改變其結(jié)構(gòu)。視蛋白反過來改變其自身的形狀并打開感光細(xì)胞中的信號通路，最終向大腦發(fā)送已檢測到光的信息。

我們的大部分意識視力源于視網(wǎng)膜中的光感受器，即我們眼球后部的光敏層。在具有骨干(脊椎動物)的動物中，檢測視覺光的細(xì)胞模糊地形狀像棒或錐體，給它們熟悉的名字。

我們已經(jīng)知道其他脊椎動物的大腦中還有其他光感受器。但科學(xué)家們一直認(rèn)為，棒和錐體幾乎就是哺乳動物視覺的整個(gè)故事。因此，21世紀(jì)初由布朗大學(xué)的David Berson小組發(fā)現(xiàn)了一種對光響應(yīng)的小鼠視網(wǎng)膜中的其他細(xì)胞。

在許多實(shí)驗(yàn)室中，甚至更奇怪的是相關(guān)的發(fā)現(xiàn)，證明這些細(xì)胞含有一類新的視蛋白，稱為黑視蛋白，這在脊椎動物中從未見過(但與許多無脊椎動物相似)。他們似乎沒有參與有意識的愿景。

我們很難稱它們是眼外的，因?yàn)樗鼈兙驮谘矍啊Ｏ喾?，它們通常被稱為“非視覺”光感受器。這是研究人員用于所有與神經(jīng)系統(tǒng)成像通路無關(guān)的動物光感受器的術(shù)語。

所以現(xiàn)在我們知道許多 - 也許是大多數(shù) - 動物的眼睛本身都存在非視覺感光細(xì)胞。我們還可以在其他地方找到它們嗎?

尋找不在眼睛里的光感受器

通常，識別潛在的眼外光感受器意味著尋找可以檢測光的蛋白質(zhì)，即視蛋白。廉價(jià)和有效的分子遺傳技術(shù)的出現(xiàn)使得opsins成為全世界實(shí)驗(yàn)室的家庭手工業(yè)。

含有視蛋白的細(xì)胞可能是活性光感受器，但研究人員使用生理或行為測試來證實(shí)這一點(diǎn)。例如，當(dāng)他們將細(xì)胞暴露在光線下時(shí)，他們可以搜索電子變化或?qū)ふ覄游锘顒拥淖兓?/p>

科學(xué)家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，除了眼睛以外，最常見的是位于中樞神經(jīng)系統(tǒng)中的光感受器。幾乎所有動物在大腦中都有幾種類型，并且通常也在神經(jīng)中。

皮膚是我們看到大多數(shù)其他光受體的地方，特別是在活躍的變色細(xì)胞或稱為色素細(xì)胞的皮膚器官中。這些是由許多魚，蟹或青蛙運(yùn)動的黑色，棕色或鮮艷的斑點(diǎn)。它們在頭足類動物中達(dá)到了最高的發(fā)展：章魚，魷魚和墨魚。動物主動控制它們的顏色或圖案有幾個(gè)原因，最常用于偽裝(以匹配背景的顏色和圖案)或產(chǎn)生明亮，突出的信號以進(jìn)行攻擊或吸引配偶。

令人驚訝的是，除了視蛋白之外還有第二類光敏分子，從未用于視覺(據(jù)我們所知)。它們出現(xiàn)在某些神經(jīng)結(jié)構(gòu)中，例如某些昆蟲的大腦或觸角，甚至還有鳥類視網(wǎng)膜。這些是隱花色素，因其功能和作用方法仍然知之甚少而得名。隱花素最初是在植物中發(fā)現(xiàn)的，它們控制著生長和年生殖變化。

為什么要檢測眼睛外的光線?

既然我們知道這些光感受器可以在整個(gè)動物的身體中找到，那么它們究竟在世界上做什么呢?顯然，它們的功能部分取決于它們的位置。

通常，它們調(diào)節(jié)存在于意識水平之下的光介導(dǎo)行為，并且不需要非常精確地了解光源在空間或時(shí)間中的位置。典型的功能包括每日警報(bào)周期，睡眠和覺醒，情緒，體溫以及與白天和夜晚變化同步的許多其他內(nèi)部周期的時(shí)間。

生物鐘保持規(guī)律的生理周期 - 并導(dǎo)致時(shí)差的不適 - 幾乎總是由這些光感受器控制。這些探測器對于眼睛瞳孔的打開和關(guān)閉也很重要，有助于適應(yīng)不同的光線水平。像魚或章魚那樣的皮膚光感受器通?？刂祁伾蛨D案的變化。

在一些動物中，它們具有完全不同的，相當(dāng)驚人的任務(wù) - 提供磁感應(yīng)，能夠探測地球的磁場。這種能力是基于隱花色素的，這顯然是動物磁定向機(jī)制的基礎(chǔ)，與鳥類和蟑螂不同。

人們也具有非視覺感光器能力

隨著哺乳動物視網(wǎng)膜中除了視桿細(xì)胞和視錐細(xì)胞之外的光敏視網(wǎng)膜細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)，人們也必須使用非視覺途徑來控制行為和功能。

瞳孔大小隨著光線的變化而變化，即使在功能失明的人類中也是如此。2007年發(fā)表的一項(xiàng)英美聯(lián)合研究發(fā)現(xiàn)，由于遺傳性疾病而失去所有視桿和視錐細(xì)胞的患者仍然可以具有光響應(yīng)的日常節(jié)律和瞳孔。當(dāng)顯示藍(lán)光時(shí)，一名患者甚至可以報(bào)告“亮度”的感覺，這應(yīng)該刺激視網(wǎng)膜非桿狀非錐形光感受器。

Samer Hattar小組最近在約翰霍普金斯大學(xué)與嚙齒動物進(jìn)行的研究表明，非視覺通路可以調(diào)節(jié)情緒，學(xué)習(xí)能力甚至是有意識視覺的敏感性。

最后，由約翰霍普金斯大學(xué)的Solomon Snyder和Dan Berkowitz領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，小鼠的血管中含有黑視蛋白，這是視網(wǎng)膜非視覺感光中使用的視蛋白。他們發(fā)現(xiàn)這種光敏蛋白可以調(diào)節(jié)血管的收縮和放松。由于人類可能具有相同的系統(tǒng)，這可以部分解釋早晨心臟病發(fā)作的增加，這可能與當(dāng)時(shí)發(fā)生的血壓變化有關(guān)。

我們知道非視覺光檢測在動物的生活中無處不在且具有重要意義。未來的研究將繼續(xù)解決其對人類健康和福祉的影響。