タコやイカなどの頭足類は色盲で、彼らの目は白と黒しか見ていませんが、カリフォルニア大学バークレー校とハーバード大学の親子研究チームは、奇妙な形の瞳孔によって色を感知し背景色を模倣できるかもしれないと発表しています。
何十年も生物学者は、鮮やかな色の皮膚と背景に溶け込むために急速に色を変える能力にもかかわらず、頭足類は1種類の光受容体を含む目を持っているという矛盾に困惑してきました。
なぜオスは、メスには見えないのに、近くの魚には見えて、すぐに飲み込まれてしまうとしたら、交尾のダンスで鮮やかな色を点滅させる危険を冒すのでしょうか。
カリフォルニア大学バークレー校の大学院生アレクサンダー・スタッブスによると、頭足類は実際に色を見ることができるようです。
鍵となるのは、U字型、W字型、ダンベル型などの変わった瞳孔で、光がレンズを通して、網膜にまっすぐ入るのではなく、多くの方向から目に入るようになっています。
人間や他の哺乳類の目は、丸い瞳孔で、ピンホールに収縮して鋭い視覚を与え、すべての色を同じ場所に集中させています。
これは、目の透明なレンズ（人間の場合は網膜に光を集めるために形を変える）がプリズムのように働き、白い光をその構成色に分けるからです。 光が入る瞳孔の面積が大きければ大きいほど、色は広がります。 瞳孔が小さいほど、色収差は小さくなります。
頭足類（上からイカ、イカ、タコ）の変わった瞳孔は、多方向から光が入るので、色が広がり、色盲の生物でも色を判断することができる。 (Photos by Roy Caldwell, Klaus Stiefel, Alexander Stubbs)
しかし頭足類は、色収差を強調する広い瞳孔を進化させ、特定の波長を網膜上の焦点に持ってくることによって色を判断する能力を持っているかもしれないと、Stubbsは述べています、カメレオンなどの動物は相対焦点を使用して距離を判断しているのと同じようにです。 眼球の深さを変え、レンズと網膜の間の距離を変え、瞳孔を動かして軸外の位置を変え、その結果、色覚異常の量を変えることによって、これらの波長に焦点を合わせます。
「我々は、これらの生物が動物の目における画像劣化の偏在的な原因を利用して、バグを特徴に変えているかもしれないと提案しています」と、Stubbs氏は述べています。 このような場合、「U字型の瞳孔は、タコやその近縁のイカやイカの視覚システムにおけるこの不完全性を最大化し、他の画像エラー源を最小化し、色依存的に世界をぼかし、色情報を取得する可能性を開くのです。”
U字型瞳孔
スタッブスは、高校時代に色盲とカモフラージュのパラドックスについて読んで以来、その魅力に取りつかれており、インドネシアなどへのダイビング旅行で、イカ、イカ、タコ、そして彼らの周囲がいかにカラフルであるかを直接体験しています。
紫外線でディスプレイをするトカゲを撮影し、紫外線カメラには色収差があることに気づき、頭足類は色収差を使って色を見ているのではと思いついたのだそうです。 さらに、父親でハーバード大学の宇宙物理学者であるクリストファー・スタッブス氏と共同で、色収差を利用して頭足類の目がどのように色を感知しているかをモデル化するコンピュータ・シミュレーションを開発しました。 2人はその仮説を今週、『Proceedings of the National Academy of Sciences』誌のオンライン版に発表する予定です。
彼らは、イカやイカのようなU字型の瞳孔によって、動物はその網膜に焦点が合っているかどうかに基づいて色を決定できると結論付けました。 多くのタコのダンベル型の瞳孔は、眼球をU字型に巻いているため、下を向いたときに似たような効果を発揮するのだそうです。 これは、縮めたときにU字型の瞳孔を持つイルカや、ジャンプするクモの色覚の基礎になっている可能性さえあります。
「彼らの視覚はぼやけていますが、ぼやけ方は色によります」とStubbsは述べています。 「彼らは、光のすべての波長を反射する白い物体を解像するのが比較的苦手でしょう。 しかし、サンゴ礁や岩石、藻類によく見られる黄色や青色といった純粋な色の物体には、かなり正確に焦点を合わせることができるのです。 瞳孔の形状に高い代償を払っているようですが、色依存性のぼかしを維持するために視力が低下しても構わないと考えているのかもしれません。”
大型ヒレイカ Sepioteuthis lessoniana は、自分の種の仲間に合図しながら色を鮮やかに変化させる。 (写真提供：Gary Bell/OceanwideImages.com）
「これらの動物の光学系の大規模なコンピュータモデリングを行い、画像のコントラストが色に強く依存していることに驚きました」と、ハーバード大学のスタッブス教授（物理学および天文学）は述べています。 「自然がこれを利用しないのは残念なことです」
若いスタッブス教授は、頭足類の色覚に関する60年にわたる研究を広範囲に調査し、ある生物学者は色を識別する能力を報告していたものの、他の生物学者はその反対を報告していることを発見しました。 この種の眼は、カメラと同様、コントラストのない無地の色に焦点を合わせるのが難しいからだ。 頭足類は暗い色と明るい色の間のエッジを見分けるのが最も得意で、実際、彼らのディスプレイパターンは通常、黒いバーで区切られた色の領域です。
「私たちは、これらの頭足類が、網膜に単一の視覚色素を持つにもかかわらず、周囲の色を決定できる優雅なメカニズムを発見したと信じています。 「これは、人間や他の多くの動物に共通する多色性の視覚色素とは全く異なる仕組みです。 この研究が、頭足類のコミュニティによるさらなる行動実験に拍車をかけることを期待しています」
新説によると、イカSepia bandensisの瞳孔は色覚異常を最大化し、この動物に色を感知させることができる。 (Photo by Roy Caldwell)
Stubbs氏は、頭足類が1種類の視細胞しか持たないことによって、色情報をあまり失っていないかもしれないと指摘しました。なぜなら、赤い色は水によって遮断され、彼らが住む浅い深さまで実際に透過する光は、限られた範囲に限られるからです。 8980>
興味深いことに、色を検出するために色収差を使用することは、私たち自身のような他のタイプの色覚よりも計算量が多く、おそらく多くの脳力を必要とします、とStubbsは述べています。 これは、頭足類が地球上で最も知的な無脊椎動物である理由の一端を説明するかもしれません。
この研究は、カリフォルニア大学バークレー校の脊椎動物博物館、Alexander Stubbsへの大学院研究員プログラム助成、およびハーバード大学によって支援されました。