ホグフィッシュは皮膚を使って「見る」

ノースカロライナ州とブラジルの間の大西洋に点在する、尖った鼻を持ち、サンゴ礁に生息するホグフィッシュは、皮膚の色が変わることで知られています。この海のカメレオンのような魚は、サンゴ礁に溶け込むために、すぐに白から赤褐色に変化しますが、皮膚には何か他のものが隠れているかもしれません。

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8月21日にネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された研究では、ホッグフィッシュの感覚フィードバックシステムをさらに詳しく調べた結果、この魚は皮膚を使って水中を視覚化している可能性があることが判明した。また、この皮膚を使って、内部から自分の姿を心の中で撮影することもできる。

ノースカロライナ大学ウィルミントン校の生物学者ロリ・シュワイカートは、フロリダキーズでこの現象を実際に目撃したことから、この現象を研究しようと考えた。ホグフィッシュが死んだ後もこの擬態行動を続けることができるのを見て、彼女はホグフィッシュが目と脳に頼るのではなく、皮膚だけを使って光を感知できるのではないかと考えた。

以前の研究で、シュヴァイカート氏とデューク大学の生物学者ゾンケ・ジョンセン氏は、ホグフィッシュが皮膚で活性化するオプシンと呼ばれる光感受性タンパク質の遺伝子を持っていることを発見した。この遺伝子は、ホグフィッシュの目にあるオプシン遺伝子とは異なる。イカ、ヤモリ、その他の体色を変える動物も皮膚で光感知オプシンを作るが、科学者たちはそれが動物の色を変えるのにどのように役立つのかはわかっていない。1つの仮説は、光感知皮膚は動物が周囲の環境を把握するのに役立つというものだが、動物が自分自身を見る方法でもある可能性がある。

この新しい研究で、シュヴァイカートとジョンセンはホッグフィッシュの体のさまざまな部分から皮膚片を採取し、顕微鏡で画像を撮影しました。拡大すると、皮膚上の各色の点は、色素胞と呼ばれる特殊な細胞です。これらの細胞には、黒、黄色、または赤の色素の顆粒が入っています。

これらの色素顆粒の動きによって肌の色が変わります。細胞全体に広がると、より暗い色が現れます。小さな点に集まると、細胞はより透明になります。

次に研究チームは、免疫標識と呼ばれる技術を使用して、皮膚内の光感知オプシンタンパク質を探しました。研究チームは、ホグフィッシュでは、オプシンが色を変える色素胞細胞で生成されていないことを発見しました。オプシンは実際には、そのすぐ下にある他の細胞に存在しています。

透過型電子顕微鏡で撮影された画像には、オプシンタンパク質が詰まった色素胞の下に、これまで知られていなかった細胞の種類が示されていました。

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シュバイカート氏によると、皮膚に当たった光は、まず色素で満たされた色素胞を通過してから、感光層に到達しなければならない。彼女と研究チームは、ホグフィッシュのオプシン分子は青色光に最も敏感であると推定している。これはホグフィッシュの色素顆粒が最もよく吸収する光の波長である。

魚の光感受性オプシンは、内部のポラロイドフィルムのようなもので、光の変化を捉え、色素顆粒が広がったり縮んだりすると、色素で満たされた細胞を透過します。

「動物たちは文字通り、自分の皮膚の内側から写真を撮ることができる」とジョンセン氏は声明で述べた。「動物は実際にかがんで見ることはできないので、ある意味では動物に皮膚がどのようなものかを伝えることができるのだ」

目は単に光を感知して画像を形成する以上の働きをするため、ホッグフィッシュの皮膚が巨大な目のようだと言うだけでは十分ではありません。

「念のため言っておきますが、私たちはホッグフィッシュの皮膚が目のような働きをしていると主張しているわけではありません」とシュバイカート氏は声明で付け加えた。「彼らの皮膚でそのようなことが起きていることを示す証拠はありません。彼らは自分の色の変化を観察しているように見えます。」

この研究結果は、ロボットの手足や自動運転車など、視覚やカメラからの情報なしにパフォーマンスを微調整する必要があるデバイス向けに、研究者がより優れた感覚フィードバック技術を開発するのに役立つ可能性がある。