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电子工程代写|虚拟现实代写Virtual Reality代考|About the Development and Structure of the Eyes
The perception of the environment is closely linked to the development of the senses and especially to the development of vision. But the development of such a complex organ as the human eye seems to be a masterpiece of evolution. Even the founder of the theory of evolution had some difficulty in explaining to his critics the origin of the eyes by natural selection. In “On the Origin of Species “([1], p. 212) Darwin writes:
To suppose that the eye, with all its inimitable contrivances for adjusting the focus to different distances, for admitting different amounts of light, and for the correction of spherical and chromatic aberration, could have been formed by natural selection, seems, I freely confess, absurd in the highest possible degree.
In the end, however, he concludes “… if we know of a long series of gradations in complexity, each good for its possessor, then, under changing conditions of life, there is no logical impossibility in the acquirement of any conceivable degree of perfection through natural selection”. ([1], p. 231-232).
Animal eyes and thus the function of vision can be traced in numerous fossils after the Cambrian explosion 540 million years ago.
The simplest living beings after the Cambrian explosion had only light-sensitive cells, which are also called eyespots. Since primeval times the unicellular eye- or flagellate animals “Euglena” live on earth and still populate almost every pond. The protozoologist Ehrenberg made it his business to document these microscopic “infusion animals” on his travels through Africa and Asia [10]. In his book “Die Infusionsthierchen als vollkommene Organismen” (The infusion animalcules as perfect organisms) there are numerous illustrations of the smallest creatures-of course, there is also an eye animalcule (“Augentierchen”) among them. In Fig. $2.1$ the red-eye point can be seen very nicely.
This red spot of the green eye animal “Euglena Viridis” is the so-called stigma, an accumulation of reddish pigments. These color pigments prevent the incidence of light on the photoreceptor from certain directions, so that Euglena can orientate itself according to the light (phototaxis, see also [12], p. 311). Since these amazing creatures are also capable of photosynthesis, swimming according to the light is essential for their survival.
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Now that it has become clear that even the earliest living creatures had more or less complex eyes, it is certainly interesting to turn once again to Darwin’s doubts about the origin of the eye through selection. How is it possible that such a complicated structure could have arisen through mutation and selection?
If one assumes that only a tiny change takes place in each generation, a distinct change can nevertheless take place over a large number of generations even with the smallest variations. Nilsson and Pelger had calculated in 1994 that even with the smallest deviation of the parameters of the light receptors in thickness, width or receptor density, a pit eye and finally a lens eye can develop from a plate eye over many generations [45]. However, even in the Swedish researchers’ model, this still takes 364,000 generations. However, since the Cambrian period more than 500 million years ago, enough time has passed for even the most complicated eye shapes to form.
Any mutation must be genetically heritable to reliably change the blueprint of the new eye. A change in an individual without a reshaping of the genes does not contribute to the intergenerational trait change. The group that wants to pass on a mutation must of course survive, reproduce and never fall below a certain population size.
In his book “Sophie’s World”, the writer Gaarder has Alberto summarize Darwin’s theory of evolution as follows: “Constant variations among individuals of one and the same species and high birth rates form the raw material or material for the development of life on earth. Natural selection in the struggle for existence is the mechanism or driving force behind this evolution. Natural selection ensures that the fittest or best adapted always survive.” (from [46], p. 491).
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对环境的感知与感官的发展，尤其是视觉的发展密切相关。但是人眼这样复杂的器官的发展似乎是进化的杰作。即使是进化论的创始人也很难向他的批评者解释眼睛是自然选择的起源。在“物种起源”（[1]，第 212 页）中，达尔文写道
：球差和色差，可能是自然选择形成的，我坦白承认，这似乎是最荒谬的。
然而，最后，他总结道：“……如果我们知道一系列复杂性的等级，每一种都对其拥有者有利，那么，在不断变化的生活条件下，获得任何可以想象的完美程度在逻辑上是不可能的。通过自然选择”。（[1]，第 231-232 页）。
在 5.4 亿年前寒武纪大爆发后的大量化石中，动物的眼睛和视觉功能可以追溯到。
寒武纪大爆发后最简单的生物只有感光细胞，也称为眼斑。自远古时代以来，单细胞眼或鞭毛动物“眼虫”就生活在地球上，并且几乎遍布每个池塘。原生动物学家 Ehrenberg 在他穿越非洲和亚洲的旅行中记录了这些微小的“输液动物”[10]。在他的《Die Infusionsthierchen als vollkommene Organismen》一书中，有许多关于最小生物的插图——当然，其中还有一只眼睛小动物（“Augentierchen”）。在图。2.1可以很好地看到红眼点。
绿眼动物“Euglena Viridis”的这个红色斑点就是所谓的柱头，是红色色素的积累。这些彩色颜料防止光从某些方向入射到感光器上，因此眼虫可以根据光定向（趋光性，另见 [12]，第 311 页）。由于这些神奇的生物也能够进行光合作用，因此根据光线游泳对于它们的生存至关重要。
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现在已经很清楚，即使是最早的生物也有或多或少复杂的眼睛，再次转向达尔文通过选择对眼睛起源的怀疑当然很有趣。如此复杂的结构怎么可能通过突变和选择产生？
如果假设每一代只发生微小的变化，那么即使是最小的变化，也可以在大量的世代中发生明显的变化。Nilsson 和 Pelger 在 1994 年计算得出，即使光感受器在厚度、宽度或感受器密度方面的参数偏差最小，坑眼和最后的晶状体眼也可以从板眼发展出许多代 [45]。然而，即使在瑞典研究人员的模型中，这仍然需要 364,000 代。然而，自 5 亿多年前的寒武纪以来，即使是最复杂的眼睛形状也已经过去了足够长的时间。
任何突变都必须是可遗传的，才能可靠地改变新眼睛的蓝图。没有重塑基因的个体变化不会导致代际性状变化。想要传递突变的群体当然必须生存、繁殖并且永远不会低于一定的种群规模。
在他的著作《苏菲的世界》中，作家加德让阿尔贝托将达尔文的进化论总结如下：“同一物种的个体之间的不断变化和高出生率，构成了地球上生命发展的原材料或材料。生存斗争中的自然选择是这种进化背后的机制或驱动力。自然选择确保最适者或最适应者始终生存。” （来自 [46]，第 491 页）。
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