人在水里会变成可怜的睁眼瞎，这个邪修方法可以避免

前几天游泳的时候，忘记戴泳镜就一个猛子跳进水里。除了呛到水的酸爽之外，发现水下睁眼只能看到大面积的色块和光晕，完全没法聚焦，根本看不见前面有没有人，像突然得了高度远视，吓得我赶紧起水。呼，回到空气中，视力还在。

仅仅是从空气换到水中，我就会变成睁眼瞎。别笑我，如果你不戴泳镜，也是一样。

眼睛为什么“下水就罢工”？

这要从人眼的聚焦方式说起。

谈到近视、远视，我们常提起晶状体。晶状体是眼睛中位于虹膜与玻璃体之间的透明双凸透镜，看着像一块馅料充足的铜锣烧。在周围睫状肌的控制下，它可以变凸或变平，从而调整物体在眼底成像的位置，获得准确聚焦。这里如果配合失灵，成像太靠前或靠后，都会看不清东西。

正视、近视和远视 | 参考文献[1]

然而，晶状体只承担了人眼聚焦能力的30%，剩下70%的大头实际上由角膜贡献。

当光线从空气进入角膜时，由于空气和角膜的折光率差距很大，所以发生明显的折射，像是先笼统地被收束了一下。

光线经过角膜发生折射 | bilibili / 医视探索

然后收束的光线才经过晶状体，由晶状体进行精细聚焦，最终成像。

但水的折射率是1.33，和角膜很接近。裸眼在水下时，光线从水进入角膜就没有明显的折射，收束不了。即便你拥有一个顶配功能的晶状体，最终也无法准确聚焦，而是在视网膜后方成像，获得远视体验卡。

空气和水中的聚焦结果 | 根据参考文献[2]绘制

也就是说，陆生的人类从空气到水下后，因为角膜外介质的折射率变化，导致了眼睛聚焦功能的约70%的直接丢失，所以视觉模糊，只剩下光感和色感。人想要在水下获得清晰视觉，就得保留角膜前的空气来获得折射率差异，从而获得聚焦，比如戴个泳镜。

当我们隔着水缸玻璃和裸面下潜的美人鱼演员互动时，演员在水下其实只能看到模糊的人影 | 小红书@美人鱼蕾虫虫

这里讲一种不戴泳镜的邪修：双手贴合在眉弓的地方折成弧形，然后用嘴或者鼻子吐气。气泡上升后被手掌挡住，在眼前形成气室，这样可以帮助聚焦。

水下裸眼清晰视物邪修 | Youtube@Fact_Detective

绝大部分人类没有裸眼下水的习惯和必要，在水下是个睁眼瞎也没啥大问题。可三天两头要下水捕鱼的企鹅和海豹，在水下变成瞎子怎么办？

企鹅的解决思路是：既然角膜在水下会罢工，那就弱化角膜，强化晶状体。和眼长相近的其他鸟类相比，企鹅的眼角膜非常薄，而晶状体强大、接近球形，超过大多数陆生脊椎动物。企鹅的这种设计和鱼眼很像，让它们在水下拥有清晰的视觉。同样的，海豹、海狮这类经常要下水干饭的鳍足类动物，也拥有类球形的晶状体。

让我来找找午饭在哪里 | 图虫创意

祸福相依，一些企鹅和鳍足类物种反而因为上岸后没法圆滚滚的晶状体调节得足够扁，无法适应在大气中聚焦，加上薄薄的角膜仍然能提供一些聚焦能力，所以在陆地上是个近视，刚好和人类的情况相反。

加利福尼亚海狮和它的眼部结构，晶状体特别圆 | Wikimedia Commons / Vassil; 参考文献[5]

那大部分时候生活在水里、偶尔因为逃脱追捕而越到空中的飞鱼，在空气中滑翔的时候，也是个近视眼吗？

三角锥形的角膜

面对“厚角膜+扁薄晶状体适应陆地or薄角膜+类球形晶状体适应水下”这道选择题，飞鱼选择了“or”。

飞鱼的三角锥形角膜 | 参考文献[6]

飞鱼的三角锥形角膜，在整个动物界独树一帜。角膜中心凸起，朝斜前、斜后和下方，形成三个相对平整的平面。科学家推测这种角膜为飞鱼提供了三个关键的视角：向后一面用来看清后方捕食者，向下那面可以在空中估测到水面的距离，向前一面则是用来寻找安全的降落地点。

角膜的三个“平面”在空中几乎没再提供额外的聚焦功能，再配合上类球形晶状体，就不会像企鹅一样到陆地上就变近视。据科学家推测，飞鱼在空中接近正视，在水下略微远视。毕竟，飞鱼飞起来的时候都是逃命的要紧关头，在空中有个清晰视觉更重要。

滑翔中的飞鱼 | 图虫创意

看来也不光是人类菜，其他又上地又下水的动物也只能保在某一种环境的视力。难道自然界没有造出任何水陆通吃的动物吗？

压力给到了两栖动物

幼年主要生活在水里，成年后上岸生活的两栖动物，总能水-陆视觉两头抓了吧？

竟然也不是。

蝌蚪生活在水里时，眼睛结构更像鱼，有类球形的晶状体，水下视力更好。长大后，以水生为主的青蛙继续保留这些特点；但陆栖为主的青蛙长大后，晶状体和角膜就更像人了，获得更适应陆地的聚焦体系，水下视物能力退化。类似的，蝾螈、大鲵这类以水生为主的物种，长大后同样是偏向保留水下视觉。

蝌蚪生活在水里，眼睛结构和鱼类更像，适应水下视觉 | Shutterstock / Steve Byland

水-陆两栖视觉的王者是招潮蟹，一种生活在潮间带、每天都在陆地和海水间反复横跳的螃蟹。

螃蟹的眼睛是复眼结构，由成千上万个小眼构成。每个小眼用来聚焦的结构是最外层的角膜和晶锥。

复眼和小眼的结构 | 参考文献[10]

招潮蟹的晶锥不参与聚焦；招潮蟹的角膜表面是扁平的，从形状上来说没啥聚焦能力。但角膜的材质很厉害：整块角膜从外层到内层是层层堆叠起来的，折射率也因此不同，形成了折射率梯度分布的角膜。这样就算外界环境改变，光线仍可以通过角膜由外到内层层收束，完成聚焦。

电子显微镜下，招潮蟹角膜的梯度折射率结构 | 参考文献[12]

韩国科学家甚至以招潮蟹的梯度折射率角膜为灵感，设计了一款水陆两栖相机。这台相机的聚焦透镜由一系列折射率不同的微透镜组成，不论在空气中还是水下，都可以在同一位置清晰聚焦成像。而在相同的实验条件下，单一折射率的相机只能在空气中成像。

仿生招潮蟹角膜的梯度折射率透镜在空气和水中的成像效果都很好 | 参考文献[11]

相比而言，市售水下运动相机的解决方案就简单粗暴了：在你能摸到的镜头和真正的聚焦透镜之间，保留了一层空气，专为对焦。这样，从陆地到水里，镜头前的介质实际上没有变。就像你带着泳镜在水下视物是清楚的，在岸上继续戴着聚焦也不会变。

参考文献

[1] https://designeroptics.com/blogs/news/myopia-vs-hyperopia?srsltid=AU7gw4XOGZ1_X5tJQMr2u4_mA0tKfGLyjkKQ9Pe3YfM5n2zgrCJaQdZz

[2] https://entokey.com/create-a-cornea/

[3] Hadden P W, Zhang J. An overview of the penguin visual system[J]. Vision, 2023, 7(1): 6.

[4] Schusterman R J, Balliet R F. Visual acuity of the harbour seal and the Steller sea lion under water[J]. Nature, 1970, 226(5245): 563-564.

[5] Gutiérrez J, Simeone C, Gulland F, et al. Development of retrobulbar and auriculopalpebral nerve blocks in California sea lions (Zalophus californianus)[J]. Journal of Zoo and Wildlife Medicine, 2016, 47(1): 236-243.

[6] Baylor E R. Air and water vision of the Atlantic flying fish, Cypselurus heterurus[J]. Nature, 1967, 214(5085): 307-309.

[7] Schwab I R. Eye in the sky[J]. British Journal of Ophthalmology, 2007, 91(8): 994.

[8] https://phys.org/news/2022-11-frog-lenses-differently-environment-adults.html

[9] Mitra A T, Womack M C, Gower D J, et al. Ocular lens morphology is influenced by ecology and metamorphosis in frogs and toads[J]. Proceedings of the Royal Society B: Biological Sciences, 2022, 289(1987): 20220767.

[10] https://www.horseshoecrab.org/anat/vision2.html

[11] Lee M, Lee G J, Jang H J, et al. An amphibious artificial vision system with a panoramic visual field[J]. Nature Electronics, 2022, 5(7): 452-459.

[12] Alkaladi A, Zeil J. Functional anatomy of the fiddler crab compound eye (Uca vomeris: Ocypodidae, Brachyura, Decapoda)[J]. Journal of Comparative Neurology, 2014, 522(6): 1264-1283.

作者：悲催的铊宝宝

编辑：Luna

封面图来源：图虫创意

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