何百ものカエルの死骸の塩漬けから、その巨大な目について何がわかるのか

カエルの目は大きい。しかし、一般の観察者には明らかであるにもかかわらず、科学者は明白と思われることを述べるために実際のデータを必要としており、そのデータはこれまで存在していなかった。そして哺乳類、鳥類、魚類とは異なり、カエルの進化を形作ったものについてはあまり知られていなかった。

先週、すべてが変わりました。ロンドン自然史博物館の研究者チームが初めて、カエルが生息する環境がカエルの目の大きさに大きく影響することを発見しました。さらに、ロンドン自然史博物館の生物学者グループは、カエルの目は体の大きさに比べて脊椎動物の中で最も大きいことを発見しました。

「カエルをより広い脊椎動物の文脈で観察し、カエルが実は巨大な目を持っていることに気付くのは刺激的でした。カエルがこの巨大な目で何をしているのか、さらに研究する価値が本当にあります」と、同博物館の生物学者で、今回の新研究の筆頭著者であるケイティ・トーマス氏は言う。

学術誌「Proceedings of the Royal Society B」に掲載されたこの研究は、両生類の視覚システムに関する科学的理解のギャップを埋めるものだと、ブラジルのサンパウロ大学のアルゼンチン人生物学者で、この研究には関わっていないカローラ・ヨバノビッチ氏は言う。「この種の研究は非常に必要であり、それが行われたことに感激しています」と彼女は言う。

ヨバノビッチ氏は、現在私たちが目の構造について知っていることのほとんどすべては、20世紀半ばにカエルを対象に行われた研究から得られたものだと説明する。カエルは視覚を研究するのに最適な種である。カエルの目には巨大な光受容細胞があり、操作や測定が容易である。また、カエルは体温を自己調節しないため、両生類の極寒の体を模倣し、摘出した網膜を極寒の研究室で何時間も機能させ続けることができる。

「しかし、この知識はすべて、米国とヨーロッパの数種のカエルを使って構築されたものです。科学者が研究室から出て大学の庭で見つけたカエルです」とヨバノビッチ氏は説明する。「私たちは、それらの数種については多くのことを知っていますが、その膨大な多様性については何も知りません。」

実際、カエルは 7,100 種を数え、地球上で最も多様性に富んだ動物のグループに属しています。南極を除く 5 大陸のうち 4 大陸に生息し、最も深く濁った水から最も高い木のてっぺんまで、さまざまな生態系で生息できます。

こうした多様性をすべて捉えるために、トーマスのチームは 220 種の生物の眼球の大きさを測定した。そのために、チームは答えを求めて 3 大陸の博物館のコレクションから何百匹ものカエルの塩漬けを掘り出した。「死んだカエルの塩漬けの瓶 640 個を開けて、眼球、角膜、体を計測しました」とトーマスは言う。そのなかには、ロンドンの自然史博物館、米国のノースカロライナ自然科学博物館、インドのボンベイ自然史協会の瓶も含まれていた。彼女は、これらのよく保存されたコレクションがなければ、この規模の研究は実現不可能だっただろうと強調する。

彼女は、カエルのあらゆる姿を観察することができた。「大きくて、大胆で、驚くほど美しい目」を持つカエルから、「とても奇妙で、体は大きいのに目は本当に小さい」カエルまで。瓶詰めされた年月が目の大きさに影響を与えていないことを確認するために、研究チームは、17科にわたる50種の生きたカエル67匹を採取し、保存されたカエルと比較した。研究チームは、漬けられた標本と生きた同族との間に違いは見つからなかった。研究チームは、目と体の大きさのほかに、カエルがどこに住んでいたか、昼行性か夜行性か、生殖行動の特定の側面に関する情報も記録した。

次に、データにパターンを探すアルゴリズムを適用しました。意外なことが判明しました。最も小さな目を持つカエルは、主に地中や水中に生息しているのです。チームは、目の大きさはそれらの環境での光の利用可能性に関係していると考えています。「地中で狩りをしたり、食事をしたりする場合、視覚にそれほど頼っていない可能性があります」とトーマス氏は言います。また、頭の横に突き出た大きな目は、岩などに引っかいて怪我をするリスクが高くなります。水生生物の場合、小さな目は濁った水に住んでいるという事実に関係している可能性があります。たとえ目が大きくても、あまり見えません。進化論的には、「これらの大きな目を成長させる価値はないかもしれません」。

研究で答えが出なかった疑問の1つは、動物が活動する時間帯が眼球の大きさにどう影響するかということだ（研究チームは調べようとしたが、パターンは見つからなかった）。ヨバノビッチ氏は、カエルの行動に関する詳細な情報が不足していることが最終結果に影響した可能性があると考えている。「サイやコンドルなら簡単に見つけて、『あ、見て、今食べている、こんな行動をしている』と言うことができます。しかし、カエルの隣を通り過ぎても、それには気づきません」と彼女は説明する。小さく、たいていは静かな生き物なので、見逃しやすい。それと、一部の種に関する多くの情報が繁殖狂乱のピーク（絶え間なく鳴いているので見つけやすいとき）に収集されたという事実が、モデルを変えている可能性がある。

結局のところ、これはカエルの多様性を理解するための第一歩に過ぎないとトーマス氏は言う。カエルの生息地のどのような特定の側面が、カエルのほとんどで眼球の大きさの増加を引き起こしたのかはまだわかっていない。トーマス氏と同僚たちは、どの遺伝子がこれらの違いに影響しているのか、夜間の色覚がいつどのように進化したのか（カエルは夜間に色を見ることができる唯一の脊椎動物である）、そしてカエルがオタマジャクシから成長するにつれて視覚系をどのように変化させたのかを知りたいと考えている。

「現時点でわかっているのは、彼らの目が大きいということだけです」とトーマス氏は言う。「なぜ大きいのかは具体的にはわかりませんが、私たちはそれをさらに詳しく調べていくことにとても興奮しています。」