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第一个问题:猜猜看,需要几个光子能使一个视杆细胞感受到光的存在?
答案:一个。
这是非常敏感的水平,考虑到白天那数以亿计的光子每秒进入我们的眼睛,我们可能无法相信在黑夜,我们的眼睛能够探测到一个光子。
第二个问题:如果一个视杆细胞需要感受到2个光子才能产生响应,那么光的亮度需要提高几倍?是2倍?还是22倍?还是102倍?
这个有趣的问题是从R.W.Rodieck的视觉专业教科书《the first steps in seeing》上看到的。这个0.1秒的视杆细胞感光周期(shuttle time)应该是有实验数据支持的。而这个5100s(85分钟)是视杆细胞的感光阈值,在书中他取了夜晚树林的轮廓线这个例子。
无论这个条件的数据是多少,我们可以看到,如果一个视杆细胞可以对每个打在上面的光子起反应,而不是需要同时有2个光子;那么光敏感度的差异是百万级的。
再打个比方,如果一只电子模拟鹰是可感知1个光子,而另一只电子模拟鼠需要感知同时的2个光子。那么在伸手不见五指的黑夜,这只电子鹰可以看见鼠,而这时候的电子鼠是个瞎子,还啥也看不到呢。
这只是个感光板的人工模拟,幸运的是,自然条件下,鸟兽人类都的视杆细胞感光阈值都是一个光子:)
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另外,我想在生物进化的早期,还处于单细胞阶段的时候,比如绿藻。我想如果感受到一个光子就马上朝光发来的方向游泳过去的绿藻,一定比需要两个光子才能被触动的伙伴要有更高的成活几率,不被自然选择而淘汰。也许这也是为什么,不论小老鼠,还是人类,还是雄鹰,只需要一个光子就能使视感光细胞响应。
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