University of California, バークレー

生物学者は、タコの視覚のパラドックスについて何十年も困惑してきました。 鮮やかな色の皮膚や、背景に溶け込むために色を急速に変える能力があるにもかかわらず、タコやイカなどの頭足類は、1種類の光受容体しか持たない目を持っています。

なぜ雄は、雌には見えないのに、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、交尾ダンス中に明るい色を放つ危険を冒すのでしょうか。

新しい研究によると、頭足類は実際に色を見ることができるかもしれません-ただ、他のどの動物とも違います-。

色収差

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、すべての色が同じ場所に集中する鋭い視覚を与えています。 しかし、眼科に行ったことのある人なら誰でも知っているように、瞳孔が拡張すると、すべてがぼやけるだけでなく、物体の周りにカラフルな縁取りができます。

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これは、目の透明レンズ（人間では形を変えて網膜に光を集める）がプリズムのように作用して白色光をその構成色に分割しているためです。 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。 色収差は、瞳孔が小さいほど小さくなります。 カメラや望遠鏡のレンズも同様に色収差に悩まされるため、写真家は色のブレを最小限に抑えてシャープな画像を得るためにレンズを絞ります。

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きて色を判断する能力を持っているかもしれません、カメレオンなどの動物が相対焦点を使用して距離を判断す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、その結果色収差の量を変えることによって、これらの波長を集中させます。

「これらの生物は、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・スタブスは述べています。 「ほとんどの生物は、この影響を最小化する方法を進化させていますが、タコやその近縁のイカやイカのU字型の瞳孔は、実際には、他の画像エラー源を最小化しながら、視覚システムのこの不完全性を最大化して、色依存的に世界をぼかして、色情報を取得する可能性を開いているのです。”

U字型瞳孔の仕組み

スタッブスは、紫外線でディスプレイするトカゲを撮影し、紫外線カメラが色収差に苦しんでいることに気づいた後、頭足類が色を見るために色収差を利用するというアイデアを思いつきました。 彼は、父親のクリストファー・スタッブス（ハーバード大学物理学・天文学教授）と協力して、頭足類の目がこの収差を使ってどのように色を感じ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。 その成果は、米国科学アカデミー紀要に掲載されています。

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、収縮すると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さえなるかもしれません」

「彼らの視覚はぼやけていますが、ぼやけ方は色に依存します」とスタッブスは言います。 「彼らは、すべての波長の光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」。 彼らは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思っているのかもしれず、これにより、これらの生物で色覚を可能にするかもしれません」

「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実施し、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」とクリストファー・スタブスは述べています。 “自然がこれを利用しないのは残念なことです。”

コントラストが足りない

アレクサンダー・スタッブス氏は、頭足類の色覚に関する60年間の研究を広範囲に調査し、色を識別する能力を報告していた生物学者もいましたが、逆に報告する生物学者もいたことを発見しました。

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しかし、否定的な研究は、しばしば動物の固形色や同じ明るさの2色間のエッジを見る能力をテストしており、この種の目にとっては、カメラと同様に、コントラストのない固形色に焦点を合わせることは難しいからです。 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」と彼は言っています。 「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」

UCバークレー校の脊椎動物博物館、アレキサンダー・スタッブスへの大学院研究員プログラム助成、ハーバード大学の支援を得ています。