複眼は固定されているように見えますが、内部では何かが起こっていると科学者が報告しています。モデルハエであるキイロショウジョウバエを使った実験によると、ハエは動く物体をはっきりと見て、距離をより正確に推定するために、2つの筋肉を使って目の網膜を動かします。研究者らによると、このシステムは脊椎動物の可動眼の概念と驚くべき類似点があるという。
これらの行を読むと、それが特に明確になります。人間や他の多くの脊椎動物は、目を柔軟に動かして視野内の特定の視点に焦点を合わせることができます。これにより、鮮明で的を絞った視界が可能になります。しかし、私たちの視覚原理に加えて、自然界ではもっと広く普及しているもう 1 つの原理があります。昆虫や他の節足動物は、頭にしっかりとつながった複眼を持っています。それらは、私たちの網膜に対応する層に光信号を投射する硬質レンズを備えた多くの個別の要素で構成されています。このシステムは全方位の良好な視界を可能にしますが、剛性が高いように見えます。これまで、昆虫は頭を回転させたり体を動かしたりすることによってのみ視野を変えることができると考えられていました。しかし今回の研究は、少なくとも飛行に関しては、この仮定を大局的に考慮する必要があることを示している。
マルティンスリートにあるマックス・プランク生物知能研究所のリサ・フェンク率いる研究者らは、これまでハエの目に発見された謎の要素に焦点を当ててきた。解剖学的研究から、イエバエの目には2つの小さな筋肉があることが知られていた。網膜につながっています。形状を変える可能性があると疑われていました。しかし、視覚プロセスにおいてそれらが実際にどのような役割を果たしているのかは不明のままでした。この手がかりを追跡調査するために、フェンク氏らは、特に幅広い調査の機会を提供するハエの一種の構造に着目した。彼らはショウジョウバエの目を集中的に観察した。
ショウジョウバエが目に入る
これらのモデル動物の特定の構造をマークして視覚化する機能を利用することで、研究者らは最初にハエの目の筋肉が果たす基本的な機能を明らかにすることができました。反応を観察したところ、2つの筋肉が実際に複眼の硬いレンズの下にある網膜を動かすことができることが分かりました。科学者たちが説明しているように、環境は網膜上に画像化され、入射光は神経信号に変換されます。彼らの研究により、筋肉の動きが環境のイメージの変化につながることが明らかになりました。 「ショウジョウバエは、頭と体の動きに加えて、視覚入力を調整するために別のまったく異なる方法を使用していることを示すことができました」とフェンク氏は言います。
次に研究者らは、昆虫がこのシステムをどのように利用するかを調査した。これを行うために、彼らは、細いホルダーに取り付けられたハエに、ディスプレイ上の動く縞模様を提示しました。彼らは特別なカメラシステムを使用して、試験動物のマークされた網の家の構造を観察しました。これにより、特定の運動反応が明らかになりました。縞模様がハエの頭を左右に通過すると、網膜は縞の動きと同期して動きました。不規則な間隔で、網膜は元の位置に飛び跳ねて戻り、新たな動きが可能になりました。研究者らが説明しているように、これらの反応は明らかに視覚的な印象を安定させる役割を果たしています。
視覚機能を使った動き
「私たちは目を前後に動かして、動いている物体の焦点を合わせ続けることができます。これはハエが固定された複眼ではできないことです」とリサ・フェンクは言います。しかし、ショウジョウバエの可動網膜は、ショウジョウバエが動きを追跡できる代替システムを表している、と科学者は説明する。 「画像安定化の原理は人間の目が使用する方法と似ていますが、6 つの筋肉が必要で目全体を動かす点が異なります。進化により、これら 2 つのまったく異なる目のタイプで同様の画像安定化戦略が生み出されたことは興味深いです」とフェンク氏は言います。
研究者らはさらなる実験を通じて、可動網膜が昆虫の移動にも役割を果たしていることを証明することもできた。彼らの説明によれば、ハエは散歩中に、隙間をまたぐことができるか、迂回するか、飛ぶことができるかを判断する必要がある。この決定を行うには、距離を評価する必要があります。実験からわかるように、目の運動システムは空間視覚に関連しているようです。研究者らはハエに小さな隙間のある回転する車輪の上を歩かせ、網膜の動きを観察した。明らかに重要な特徴的な反応が現れました。「人為的に網膜の動きを弱めたハエは、羽根車の隙間を横切る効率が低いことが観察できました」とフェンク氏は言う。 「網膜を適切に動かすことができない場合、ハエは明らかに地下の隙間を正しく評価することが困難になります。」
この結果は現在、さらに多くの疑問を引き起こしています。このシステムが多くの節足動物の代表者の間でどの程度普及しているのかは不明のようです。フェンク氏らは現在、ショウジョウバエの場合をさらに詳しく調べたいと考えている。彼らは、動く網膜によって脳に伝わる神経信号をハエがどのように処理するのかをさらに詳しく調査する予定だ。 「網膜の動きがハエの視覚にどのような利点をもたらすかをさらに解明したいと考えています」とフェンク氏は言う。
出典: Max Planck Institute for Biological Intelligence、専門記事: Nature、doi: 10.1038/s41586-022-05317-5
