なぜホタウオの皮膚には光検出器があるのでしょうか?

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数年前、フロリダキーズへの釣り旅行中、生物学者のローリ・シュワイカートは、異常な早変わり行為に遭遇した。 彼女はホッグフィッシュと呼ばれる鼻のとがったサンゴ礁の魚を巻き取り、船上に投げ込んだ。 しかし、その後、彼女がそれをクーラーに入れようとしたとき、彼女は何か奇妙なことに気づきました。その皮はボートのデッキと同じ色と模様になっていました。

ホッグフィッシュは、ノースカロライナ州からブラジルにかけての大西洋西部でよく見られる魚で、皮膚の色が変化することで知られています。 この種は、サンゴ、砂、岩に溶け込むために、ほんの数ミリ秒で白からまだら、そして赤褐色に変化します。

それにしても、このホタウオはもう生きていないにもかかわらず、カモフラージュを続けていたので、シュヴァイケルトは驚いた。 そこで彼女は疑問に思いました。ブタウオは目や脳とは関係なく、皮膚だけを使って光を感知できるのでしょうか?

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「これで私はこの分野全体が開かれました」とシュヴァイケルト氏は語った。

その後数年間、シュワイカートはデューク大学とフロリダ国際大学の博士研究員として「皮膚の視覚」の生理学を研究し始めました。

2018年、シュヴァイケルトとデュークの生物学者ゼンケ・ジョンセンは、ブタウオは皮膚で活性化されるオプシンと呼ばれる光に敏感なタンパク質の遺伝子を持っており、この遺伝子は目にあるオプシン遺伝子とは異なることを示す研究を発表した。

タコからヤモリまで、他の色を変える動物も、皮膚で光を感知するオプシンを作ることがわかっています。 しかし、色を変えるためにそれらをどのように使用するのか正確には不明です。

「ホタウオで光検出器が見つかったとき、私はゾンケを見てこう言いました。なぜ皮膚に光検出器があるのですか？」 現在、ノースカロライナ大学ウィルミントン校の助教授であるシュワイカート氏はこう語った。

仮説の 1 つは、光を感知する皮膚が動物が周囲の環境を取り込むのに役立っているというものです。 しかし、新たな発見は別の可能性を示唆している――「彼らは自分自身を見るためにそれを利用している可能性がある」とシュワイカート氏は言う。

Nature Communications誌に8月22日に掲載された研究では、シュワイカート氏とジョンセン氏らは協力してブタフィッシュの皮膚を詳しく調べた。

研究者らは魚の体のさまざまな部分から皮膚片を採取し、顕微鏡で写真を撮影した。

近くで見ると、ブタフィッシュの皮膚は点描のように見えます。 色の各ドットは、赤、黄、黒の色素顆粒を含む発色団と呼ばれる特殊な細胞です。

肌の色を変えるのは、この色素顆粒の動きです。 顆粒が細胞全体に広がると、色が暗く見えます。 それらが集まって見えにくい小さな点になると、細胞はより透明になります。

次に、研究者らは免疫標識と呼ばれる技術を使用して、皮膚内のオプシンタンパク質の位置を特定しました。 彼らは、ブタウオ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た。 代わりに、オプシンはその直下の他の細胞に存在します。

透過型電子顕微鏡で撮影した画像から、発色団の直下にオプシンタンパク質が詰まった、これまで知られていなかった細胞型が存在することが明らかになった。

これは、皮膚に当たる光が感光層に到達する前に、まず色素で満たされた発色団を通過しなければならないことを意味するとシュヴァイケルト氏は述べた。

研究者らは、ブタフィッシュの皮膚にあるオプシン分子が青色光に最も敏感であると推定している。 これは、魚の色素胞内の色素顆粒が最もよく吸収する光の波長であると考えられます。

この研究結果は、魚の光感受性オプシンが内部ポラロイドフィルムのように機能し、色素顆粒が集まったり扇状に広がったりする際に、上部の色素で満たされた細胞を通過する光の変化を捉えることを示唆している。