動物は私たちに見えない色を見ることができる – そして新しい技術は私たちに一瞥を提供する

人間の目に見える虹は、ミツバチやキンカチョウの目に見えるものとは異なります。 それは、これらの動物は私たち人間には見えない色を見ることができるからです。 現在、科学者たちは、他の種の目を通して世界がどのように見えるかをよりよく理解するために、新しいビデオ録画および分析技術を開発しました。 この正確で比較的安価な方法は、1 月 23 日に出版された研究で説明されています。 PLOS生物学、 はすでに生物学者に、さまざまな種の生活に関する驚くべき発見を提供しています。

人間の目には 3 種類の錐体細胞があります。 この 3 つの光受容体は通常、赤、緑、青の波長の光を検出します。これらの光は結合して、波長 380 ～ 700 ナノメートルのスペクトルの何百万もの異なる色、つまり私たちが「可視光」と呼んでいます。 ただし、一部の動物は、紫外線または UV 光と呼ばれる、さらに高い周波数の光を見ることができます。 ほとんどの鳥類はこの能力を持っており、ミツバチ、爬虫類、特定の硬骨魚も同様です。

しかし、これらの動物の目を通して動く世界を記録するのは困難です。 このような広範囲の光を捉えるには、カメラは視覚的な詳細を犠牲にする必要があります。 科学者は、光の異なる波長や特性に合わせて調整された複数のカメラからの高解像度の写真を組み合わせることができます。 また、分光測光法を使用することもできます。分光測光法は、単一の物体のさまざまな測定を行うために特殊な実験装置に依存する方法です。 ただし、これらの方法は両方とも時間がかかり、高度に制御された条件で撮影された静止画像でのみ機能します。 動物の行動を研究する生物学者にとって、これらの静止写真では十分ではありません。 「多くの場合、色の変化は信号の重要な、または興味深い部分です」と、研究主著者で現在英国のサセックス大学の生物学者であるベラ・ヴァサス氏は言う。

動物の視覚をビデオで捉えるために、Vasas 氏と同僚は、光を UV と人間の目に見えるスペクトルに分離するビーム スプリッターを備えたポータブル 3D プリント エンクロージャを開発しました。 2 つのストリームは 2 つの異なるカメラでキャプチャされます。 1 つは可視波長光を検出する標準カメラで、もう 1 つは UV に敏感な改造カメラです。 UV に敏感なカメラだけでは、残りの光スペクトルの詳細な情報を 1 回のショットで記録することはできません。 ただし、2 台のカメラを組み合わせて使用すると、広範囲の光スペクトルを網羅する高品質のビデオを同時に記録できます。 次に、一連のアルゴリズムによって 2 つのビデオが調整され、鳥やミツバチなど、さまざまな動物の色のビューを表すバージョンの映像が生成されます。

この結果として得られるビデオとデータは、科学研究、たとえば鳥を守る窓を開発したり、光害による昆虫への影響を最小限に抑えるための保全活動などに役立ちます。 このセットアップでは、この UV 視覚がどのように見えるかを近似するビデオの疑似カラー再構成を構築することもできます。

この方法でビデオを撮影することで、「動物の視覚をモデル化する能力における非常に重要なギャップが埋まる」と、今回の新しい研究には関与していない英国エクセター大学の視覚生態学者ジョリオン・トロシアンコ氏は言う。 同氏は、自然界では、交尾ダンスをしたり素早い防御を見せたりする動物など「興味深いものがたくさん動いている」と指摘する。 これまで、これらの動的な行動を研究する研究者は、人間の視点に固執してきました。

新しい戦略は、分光測光法のゴールドスタンダードに基づいて校正およびテストされており、はるかに少ない作業でほぼ同レベルの精度を提供します。 「それは驚くほど正確です」とヴァサス氏は言う。 この技術はすでに自然界の目に見えない現象を明らかにしつつある、と彼女は付け加えた。例えば、光の下で回転する虹色のクジャクの羽を記録することによって、研究者らは人間よりもクジャクの仲間の方がさらに鮮やかに見える色の変化を発見した。 ヴァサス氏らはまた、黒いアゲハチョウの幼虫が一瞬驚く様子を捉え、その角のような防御付属肢が紫外線を反射することを初めて確認した。

「これらのことはどれも、私たちが事前に持っていた仮説ではありませんでした」とヴァサス氏は言います。 今後は「まだ想像できないことがたくさん出てくると思います」と語った。

3Dプリント材料とすぐに入手できる市販部品を使ってシステムをゼロから複製する場合、かかる費用はわずか数千ドルだろうと、主任研究著者でジョージ・メイソン大学生物学助教授のダニエル・ハンリー氏は推定する。 ビデオを有効にすることに加えて、チームのシステムは、紫外線を捕捉することを目的とした他のカメラよりも桁違いに安価である、と彼は言います。 さらにハンリー氏は、既存のカメラは新しい技術で提供される解像度よりも解像度が低いと付け加えた。

他の研究者もこの方法を試してみたいと考えています。 「ビデオカメラを手に入れるのが待ちきれません」とシンガポール国立大学の生態学と進化生物学の助教授ユーニス・ジンメイ・タンは言う。 タン氏は、東南アジアの森林におけるクモや昆虫の色の表示と信号伝達行動を研究しています。 現在、彼女は「モーションマスカレード」、つまり一部の節足動物が周囲の色や動きに合わせて捕食者から身を隠す方法を理解するために取り組んでいます。 新しい設定を再現できれば、大きな助けになる可能性があるとタンさんは言います。

いくつかの制限があります。カメラ システムは手動で焦点を合わせる必要があり、フレーム レートが制限されているため、特に高速で移動する生き物を追跡するのは難しいとタン氏は指摘します。 薄暗い照明条件も課題となるとハンリー氏は付け加えた。 そして、現状のこの方法は動物の視覚のあらゆる側面を捉えているわけではありません。 たとえば、多くの動物は偏光や赤外スペクトルの光を見ているが、それを認識するにはシステムを調整する必要がある、と同氏は言う。

それでも研究者らは、この技術が動物の世界をユニークに垣間見ることができることを期待している。 そこには虹色の可能性があり、今ではそれをもう少し明確に想像できるようになりました。