昆蟲的小眼到底要幾顆才夠？

昆蟲的複眼是由許多小眼（ommatidia）組成，小眼的數目與視覺解析度息息相關，但到底要多少顆才夠呢？這個問題早在1952年由H.B. Barlow在Journal of experimental Biology上探討，他的研究揭示了複眼中小眼數量與昆蟲視覺解析度之間的複雜關係。

Barlow的研究發現，昆蟲的視覺解析度可能受限於小眼間的角度（即小眼間角度）或每個小眼的光學性能。在某些昆蟲，如蜜蜂，其小眼性能幾乎達到了繞射所設定的理論極限，這意味著複眼能夠解析出與小眼間角度相距兩倍的點。

Barlow測量了27種膜翅目昆蟲的眼睛，結果顯示，隨著眼睛大小的變化，小眼的數量也隨之調整，使得小眼間角度略低於小眼的極限解析能力，這是複眼達到最佳視覺解析度的條件。他的研究還指出，當滿足這個條件時，昆蟲眼睛的最小可解析角度與眼睛的線性尺寸的平方根成反比。這意味著隨著眼睛的增大，視覺解析度提高得更快，特別是在簡單型眼睛中更為明顯。

在此基礎上，Barlow提出了一個理論模型，試圖解釋複眼的結構如何影響昆蟲的視覺能力。該模型假設複眼由一系列方向敏感的元素組成，這些元素之間的角度越小，視覺解析度越高。但模型也指出，當這些角度小到某個臨界點後，增加小眼數量將無助於提高解析度，因為相鄰小眼的視野開始重疊，導致解析度受到單個小眼光學性能的限制。

根據這一模型，Barlow進一步探討了昆蟲眼睛設計中的問題。比如，應該如何平衡小眼的大小和數量以獲得最佳的視覺解析度？如果小眼太小，則解析能力會變差；如果小眼太大，則小眼之間的角度會增大，導致整體視覺解析度降低。因此，他認為理想的眼睛應該是小於只受限於小眼間角度的尺寸，但大於僅受限於單個小眼解析度的尺寸。

這篇研究對昆蟲視覺的深入探討不僅為理解複眼結構與功能提供了理論支持，還對昆蟲如何適應不同環境中的視覺需求提供了想法。雖然昆蟲的複眼在某些方面似乎比脊椎動物的單眼（如人眼）效率低，但Barlow指出，這樣的設計在小型昆蟲中實際上相對有效。此外，昆蟲可能具有其他機制來補償複眼的不足，例如蜜蜂的可見光譜延伸至紫外線，以及對光偏振的敏感性，這些都可能幫助昆蟲在自然界中生存和導航。

總結來說，Barlow的研究顯示，昆蟲眼睛的設計並非隨機，而是經過長期進化優化的結果，使得它們能夠在特定環境中以最小的能量成本達到最大的生存優勢。

撰文：余雪淩

參考資料：Barlow, H. B. (1952). The size of ommatidia in apposition eyes. Journal of experimental Biology, 29(4), 667-674.