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图1
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图1的中间是视网膜切片的放大图。光线由左方进入。感光细胞不是光线最先撞见的，它们位于视网膜内面（接近眼球表面），背向光线。这个奇怪的安排后面还会提到。光线首先撞及的，事实上是神经节细胞（ganglion cells）层，神经节细胞构成感光细胞与脑子之间的“电子界面”。实际上，神经节细胞负责将信息以复杂的方式先处理过，再传送到脑子，在某些方面“界面”这个词不能表达出这个功能。“卫星电脑”也许是个比较恰当的名称。神经节细胞的传出神经纤维在视网膜表面延伸，一直到“盲点”，它们在“盲点”钻透视网膜，形成输往脑子的主要干线—视神经。“电子界面”中有300万个神经节细胞，它们收集到的信息来自1.25亿个感光细胞。
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图1的下方是一个放大的感光细胞，杆状细胞。你观看这个细胞的精细结构的时候，千万记住：同等复杂的玩意儿每个视网膜都有1.25亿个。而且同等的“复杂”在每个身体里都重复一万亿次。1.25亿这个数字，约等于高质量杂志照片分辨率的5000倍。图上杆状细胞的右侧是一沓质膜圆盘，其中包括光敏色素，这沓圆盘是实际的收集光线结构。它们的堆栈组织，提升了捕捉光子的效率。第一个圆盘没有捕捉到的光子，也许第二个会捕捉到，第二个没有，也许第三个会。结果，有些眼睛可以侦测到一个单独的光子。摄影家可以买到的速度最快、最敏感的底片，侦测一个点光源，需要的光子是眼睛发现光子的25倍。杆状细胞的中段有许多线粒体。线粒体不只感光细胞有，大多数细胞都有，每一个都可以说是一座化学工厂，可以处理700种不同的化学物质，主要产品是可以利用的能源。图上杆状细胞的左侧圆球是细胞核。所有动物与植物细胞都有细胞核。每个细胞核都有一个以数字编码的数据库，信息量比一套《大英百科全书》（30册）还大。这只是一个细胞呢！还记得身体有多少（携带同样数量信息的）细胞吗？
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图1下方的杆状细胞是一个单独的细胞。人的身体大约有10万亿个细胞。当你享受一块牛排的时候，你毁掉的信息量相当于1000亿套《大英百科全书》。
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盲眼钟表匠：生命自然选择的秘密 [:1700267675]
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盲眼钟表匠：生命自然选择的秘密 第二章 良好的设计
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自然选择是盲目的钟表匠，说它盲目，是因为它并不向前看，不规划结果，眼中没有目标。然而自然选择的结果活生生地在我们眼前，都像是出自大师级的钟表匠之手，令我们惊艳，在我们心中产生这些都是经过设计与规划的幻象，令我们难以释然。本书的目的是以令读者满意的方式解决这个矛盾，本章的目的是让读者进一步体验设计幻象的力量。我们要研究一个特定的例子，我们的结论会是：说起设计的复杂与美妙，培里甚至连边都没有沾到。
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要是一个活的生物或器官具有某些特质，我们怀疑它出自一个聪明、博闻的工程师之手，使它能够达成某个合宜的目标，例如飞行、游泳、观看、进食、生殖，或提升比较一般的生物功能，使体内基因的生存、复制机会增加，我们就会说它有良好的设计。没有必要假定生物的身体或器官符合工程师心目中的最佳设计。任举一个例子，往往可以发现一个工程师的最佳表现会被另一个工程师的最佳表现超越，技术史上更不乏晚出转精的例子。但是，一个东西要是是为了某个目的设计出来的，任何工程师都认得出来，即使设计得很糟，通常他只需观察那东西的结构，就能想出它的目的。第一章里我讨论的大多是这个问题的哲学面相。这一章我要讨论一个特定的实际例子，我相信每个工程师都会觉得这是个让人开眼界的例子，这就是蝙蝠的声纳（“雷达”）。我每一个论点，都以一个生物机器面临的问题开场，然后讨论一位明智的工程师可能提出的解决方案，最后说明“自然”实际采用的方案。当然，我举这个例子只是用来说明：要是蝙蝠能让工程师觉得开眼，那么类似的生物设计就多得数不胜数了。
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蝙蝠有个问题：如何在黑暗中找路，知所趋避？它们在夜间猎食，无法利用阳光寻找猎物，避开障碍。你也许会说：如果这叫问题，也是它自找的，干吗不在白天狩猎，改变习惯不就结了？但是白日营生已经有其他生物竞争得你死我活了，例如鸟类。因为夜里的活计尚有余地，而白天的活计已僧多粥少，所以自然选择青睐那些成功地在夜里干营生的蝙蝠。看官，夜里营生这活计也许是咱们哺乳类祖上传下的。想当年恐龙独霸陆地，日间活计全是它家天下，咱们祖辈能活下来，也许全因为它们发现夜里的糊口之道。要不是6500万年前所有恐龙神秘地灭绝了，咱祖爷爷还见不得清平世界、朗朗乾坤呢。哺乳类那时起才大量进占昼间经济的区位。
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闲话休说，且回到蝙蝠，它们有个工程难题：如何在没有光的条件下找路、找猎物？今天，蝙蝠不是唯一必须面对这个问题的生物群。很明显地，蝙蝠猎食的昆虫也在夜间活动，也必须设法找路。深海鱼与鲸豚在光线薄弱或没有光线的环境里活动，即使在白昼阳光也无法穿透水层。在浑浊的水中生活的鱼与鲸豚也看不见，因为光线被水中的污泥粒子阻挡或散射掉了。许多现代动物都生活在难以利用视觉的环境中，甚至不可能利用视觉。
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好了，为了在黑暗中活动、猎食，工程师会考虑哪些解决方案？他首先想到的也许是制造光，使用灯笼或探照灯。萤火虫与一些鱼类（通常有细菌协助）能够制造光自用，但这个过程似乎要消耗很大的能量。萤火虫用自己发的光吸引异性。这不需要太多能量：在夜里，雄性的微小光点雌性老远就看见了，因为它的眼睛直接暴露给光源。以光线照明找路，需要的能量就大多了，因为眼睛必须侦测从光源四周的对象反射回来的少量光线。因此要是想以头灯照亮路径的话，光源必须非常亮，比起用作信号的光源亮得多才成。总之，除了人类没有动物会以自备光源照路，不清楚是不是太耗费能源的缘故，可能的例外是某些奇怪的深海鱼。
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工程师还有什么点子？也许他会想到盲人。有时盲人似乎有一种不可思议的感觉，知道前面路上有障碍。这种感觉还有个名字，叫作“面视”（facial vision），因为根据一些盲胞的描述，它像是脸上的触感。有一篇报道说一个全盲的男孩能够凭着“面视”骑着三轮车在住家四周行进，速度还不赖。实验显示：事实上“面视”与触感或面庞无关，虽然这感觉也许可以让人觉得脸庞上有什么，就像有人截肢后仍然觉得已经不存在的手臂（或脚）（phantom limb，幻肢）非常疼痛。原来“面视”的感觉是从耳朵进去的。其实盲胞是利用回声，感觉到前面有障碍物，声源是自己的脚步声或其他声音，不过他们并不知道。发现这个事实之前，工程师已经制造过利用这个原理的仪器，例如从船上测量海底深度。这个技术发明之后，军工人员利用它侦察潜艇就是迟早的事了。第二次世界大战中敌对双方都依赖“声纳”，以及类似的技术—雷达。雷达利用的是无线电“回声”。
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当年研发声纳与雷达的工程师，并不知道蝙蝠或者应该说蝙蝠受到的自然选择早在千万年以前就发展了同样的系统。现在全世界都知道了，蝙蝠的“雷达”在侦测、导航上的非凡表现，令工程师赞叹不已。就技术而言，谈论蝙蝠的“雷达”并不正确，因为它们使用的不是无线电波，其实是声纳。但是描述雷达与声纳的数学理论非常相似，而且我们对蝙蝠的本领所做的科学研究，主要基于雷达的理论。发现蝙蝠使用声纳的科学家，主要是美国动物学家格里芬（Donald Griffin，1915～2003；1942年哈佛大学博士毕业）。格里芬提出了“回声定位”（echolocation）这个词，雷达与声纳通用，不管是动物身上的还是人工仪器。实际上，这个词似乎多用来指涉动物声纳。
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说起蝙蝠，要是以为它们都一样那就错了。打个比方，狗、狮、鼬、熊、狼、猫熊、水獭都是哺乳纲食肉目动物（carnivores），你瞧它们可都一样吗？所有蝙蝠都属于翼手目，超过800个物种，不同的蝙蝠群以完全不同的方式运用声纳，而且它们的声纳似乎是分别独立“发明”的，当年英国、德国、美国也是各自发展出雷达的。旧世界的热带食果蝙蝠视力不错，它们大多以目视飞行。不过有一两种食果蝙蝠能够在完全黑暗中飞行，例如埃及食果蝙蝠（rousettus aegyptiacus）。可是它们使用的声纳，比温带蝙蝠的简陋得多。埃及食果蝙蝠飞行时会咂舌头发声，声音很大且有韵律，它们以回声决定飞行航道。它们的咂舌声，我们听得到一部分，因此不算“超声波”。
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理论上，声音的调子越高，声纳越准确。这是因为低调的声音波长比较长，而长波的分辨率差，无法分辨距离较近的事物。因此，若其他条件都一样，以回声导引的导弹理想上应发出调子高的声音。真的，大多数蝙蝠都利用调子非常高的声音，由于调子太高了，我们听不见—超声波。埃及食果蝙蝠的视力很好，它们的“回声定位”技术并不精密，因为只用来辅助视觉而已。体形较小的蝙蝠似乎是高科技“回声定位”机器。它们的眼睛非常小，大部分物种根本看不见什么东西。它们生活在回声的世界中，也许它们的大脑以回声建构类似视觉影像的东西，尽管我们几乎不可能想象那些“回声影像”会是什么样的玩意儿。它们发出的“噪音”不只是刚好超过人类的听力范围而已，简直像超级“狗哨”。许多物种能够发出没有人听见过甚至想象的高音。好在我们听不见，因为那些声音实在太强大了，要是我们听得见一定觉得震耳欲聋，无法入睡。
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这些蝙蝠像微型间谍飞机，到处都是精巧的装备。它们的大脑是制作精细的套装微电子仪器，配备精心编制的程序，能够实时（real time）解读回声的世界。它们的面孔往往变形成我们觉得狰狞的模样，可是只要你懂得欣赏，就会发现那是以巧思打造的超声波发射仪。
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我们不能直接听见这些蝙蝠的超声波脉冲，可是利用“翻译机”或“蝙蝠探测器”，我们还是可以得到一些信息，了解状况。这具仪器以特制的麦克风（扩音器）接收超声波，转换成听得见的滴答声，或能用耳机收听的声调。要是我们拿一台“蝙蝠探测器”到郊外蝙蝠觅食的地方，一有蝙蝠发射脉冲，我们就能听见，虽然我们不知道那些脉冲“听起来”像什么。如果当地出没的是鼠耳蝠（Myotis）—一种常见的小蝙蝠，身体是褐色的—而且一只蝙蝠正在做例行巡航的话，我们会听到频率每秒10次的滴答声。那大约是标准电传打字机的速率，或者布伦（Bren）轻机枪（第二次世界大战中最好的轻机枪，英国以捷克轻机枪改良成的，1937年开始生产）的发射子弹频率。
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我们可以假定鼠耳蝠的世界影像每一秒钟更新10次。而我们的视觉影像，只要我们眼睛睁着，似乎一直连续不断地更新。要是我们想体会生活在间歇更新的世界影像中大概是怎么回事，可以在夜间使用频闪观测器（stroboscope）。有时迪斯科舞厅会使用，效果十分惊人。一个热情的舞者，看来像一系列冻结的优美姿态。当然，闪频越快，影像越符合正常的“连续”视觉。鼠耳蝠巡航时的频闪视觉—每秒对周遭环境“采样”10次—足以应付一般状况，想捕捉一个球或昆虫的话，就免谈了。
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这只是鼠耳蝠的巡航采样率。它一旦侦察到一只昆虫，进入拦截航道了，“蝙蝠探测器”的滴答频率就急速上升。它的频率比机枪还快，它锁定的目标接近时最高频率可达每秒200个脉冲。用频闪观测器模拟的话，我们必须将闪光的速度调到交流电频率的两倍—要是使用日光灯管的话，我们的眼睛不会察觉闪光。换言之，在这样的视觉世界中我们的正常视觉功能一点都不受妨碍，甚至打壁球、乒乓球都不成问题。要是你能够想象蝙蝠大脑建构的影像世界可与我们的视觉影像模拟，单以脉冲率这个变量似乎就可以推论蝙蝠的回声影像也许至少与我们的视觉影像一样详尽与“连续”（流畅）。要是不如我们视觉影像那么详尽，当然，也许有其他的理由可以解释。
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要是蝙蝠必要时可以将采样频率提升到每秒200次，为什么它们不一直以这个频率采样？很明显，它们的“频闪观测器”上有个控制“钮”，为什么它们不一直将它转到“最大”的刻度？它们对世界的知觉一直保持最灵敏的状态，随时可以应付紧急状况，有什么不好呢？一个理由是：这些高频率只适用于较近的目标。要是一个脉冲紧跟着前一个脉冲，从远方目标反弹回来的“回声”就会混迹一气，无从分辨。即使不为了这个理由，一直保持最高脉冲频率也太不“经济”了。发出超高频超声波要付出的代价是：能量、耗损（发声器官与接收器官），也许还有计算成本。大脑要是每秒必须处理200个不同的回声，大概就没有思考（计算）其他事物的余裕了。甚至每秒10个脉冲的缓慢频率都可能很耗能，但是比起每秒200个的频率要省多了。蝙蝠当然可以提高声纳的灵敏度，可是要付出这么多代价，所得不抵所失。要是它四周除了自己别无其他移动物体，世界在连续的1/10秒中一直维持老样子，就没有必要做更为密集的采样。要是它四周出现了另一个移动物体，特别是正以浑身解数摆脱追猎的昆虫，提升采样频率带来的好处就可能超过代价。当然，本段考虑的代价与好处都是虚拟的，但是这样的考虑几乎必然是实情。
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工程师一旦着手设计一台高效率的声纳或雷达，为了要将脉冲频率提升到最高，很快就会面临一个问题。频率必须很高的原因是：声音广播出去后，波前（wavefront）一路上就像一个不断膨胀的球。声音的强度分布在这个球的球面上，也可以说，在球面上“稀释”了。任何球的表面积都与半径的平方成正比。由于球不断膨胀，球面上任一点的声音强度就会降低，降低的幅度与声源距离（半径）的平方成比例。这就是说，声音广播出去后，很快就沉寂了。蝙蝠的声波也一样。
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