色いいですね！魚の中に「カメレオン」は本当に存在するのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: 呉宇 (中国科学院動物学研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

記事が正式に始まる前に、一連の写真を見てみましょう。

図1 長い棘を持つ毛深い唇を持つベラ

（画像出典：参考文献[1]）

よく見てください、これらは何種類の魚でしょうか?

3種類？いいえ、1種類です。

海は巨大な宝庫であり、小さなプランクトンから巨大なシロナガスクジラまで、数え切れないほどの生物が生息しており、それらはすべて海の包括的な性質を反映しています。

北大西洋西部には、長い棘を持つ毛深い唇を持つベラと呼ばれる魚がいます。この地域で最大かつ最も経済的価値のあるベラです。その注目すべき特徴としては、雌雄同体であることと無性生殖戦略が挙げられます。魚の皮膚の色は、カメレオンのように、特定の状況下で急速に変化し、均一な白、均一な赤褐色、まだら模様の少なくとも 3 つの色合いの間で変化します。

上の写真は、さまざまな色の長い棘を持つベラの状態を示しています。

長い棘を持つベラはなぜ色が変わるのでしょうか?

なぜなら、ダイナミックな色の変化を実現できる「色素胞」と呼ばれる特殊な皮膚細胞を持っているからです。

まずは皮膚の構造を見てみましょう。最上層は上皮細胞で、その下に色素細胞が続き、黒色色素細胞、赤色色素細胞、黄色色素細胞に分かれています。これら 3 種類の色素細胞は、魚の鱗の上にある薄い皮膚組織の層に水平に並んでいます。

図2 長い棘を持つ毛唇ベラの皮膚構造パターン

（画像出典：参考文献[1]）

明るい白、濃い赤、まだら模様の「美しい」外観（図 1 参照）は、異なる色素細胞からの色素の凝集と分散によって実現されます。色素胞では、色素顆粒、結晶、または反射板の細胞内再編成によって色が変化します。入射光は、下にある（通常は白い）組織または露出した色素に当たり、それぞれ皮膚に明るい外観または色のついた外観を与えます。

科学者らが特別な観察を行った結果、長い棘を持つ毛深い唇を持つベラが水槽で泳いでいるときは明るい白色に見えるが、静止するとすぐにまだら模様の色に変わるということがわかった。淡い白色は時々大きく変化し、頭の前部全体が明るい赤褐色になり、尾は多かれ少なかれ青くなります。さらに、明るい白色の状態で妨害刺激を受けると、すぐにまだら模様に変化します。

皮膚光受容体の魔法のオプシン

では、長い棘を持つベラは周囲の光の変化をどのように判断するのでしょうか?

まず、皮膚の光受容体について見てみましょう。これは、光刺激を感知し、それを神経プロセスに変換できる皮膚の構造です。脊椎動物では、皮膚の光受容体には数種類のオプシンが含まれており、エネルギーに依存して光信号を伝達します。研究者らは、「非視覚」オプシン（メラノプシンなど）と「視覚」オプシン（RH1 や SWS1 など）の両方が脊椎動物の色素細胞の活性化に関与していることを示しており、その中でも SWS1（短波長感受性オプシン 1）オプシンの役割は特に明白です。

長い棘を持つベラ科の魚の皮膚細胞における SWS1 の特定の位置を見つけるために、科学者らは次の 2 つの実験を実施しました。

科学者たちはまず、特殊な方法を使って SWS1 に緑色の蛍光を発させ、それを顕微鏡で観察しました (これは、写真が蛍光色である点を除けば、細胞の写真を撮ることと理解できます。図 3 を参照)。 SWS1 は、皮膚の連続層ではなく、個々の連続した色素細胞の下の個別の場所にある色素胞の色素の下に位置していることがわかりました。

図3: 白い矢印は赤色色素細胞、黒く塗りつぶされた矢印はメラノサイト、緑色の蛍光はオプシンSWS1を表す

（画像出典：参考文献[1]）

上記の方法では皮膚内の大まかな分布しか確認できないため、細胞内の具体的な位置を特定することはできません。そこで研究者らは、さらに詳細な実験（細胞の写真を撮る際の解像度が向上し、細胞の内部構造がより鮮明に見えるようになると理解できます）を実施し、これらの細胞の網状膜構造に SWS1 タンパク質を発見しました。

図4 白い縁の黒い矢印はメラノサイトを指し、網状膜構造の黒い矢印は陽性免疫反応性SWS1タンパク質を指している。

（画像出典：参考文献[1]）

では、色素細胞色素の凝集と分散と視覚タンパク質 SWS1 との間にはどのような関係があるのでしょうか?

前の図 2、3、4 からわかるように、SWS1 視覚タンパク質は、色素細胞の下の形態的に特化した細胞群に存在します。では、色素細胞と視覚タンパク質 SWS1 の間には関係があるのでしょうか?どのような関係があるのでしょうか？

研究者らは研究を通じて、環境中の光は皮膚のSWS1視覚タンパク質に到達する前に色素細胞を通過しなければならないことを発見した。色素細胞内では、色素は外部環境の影響を受けて、ある程度分散したり凝集したりします。色素の分散はSWS1 オプシンが必要とするタイプの光への露出を抑制し、一方、色素の凝集はSWS1 オプシンが必要とするタイプの光への露出を増加させます。このプロセスは、SWS1 オプシンを色素細胞の状態の変化と密接に結び付け、皮膚の色に関する内部情報を監視して色の変化を微調整できるようにします。

図 5. 分散した色素胞色素は SWS1 受容体の短波長放射を阻害します (左)。一方、凝集した色素は SWS1 受容体の短波長放射を許可します (したがって、推定上のオプシン活性化) (右)。

（画像出典：参考文献[1]）

色が変わる動物

自然界には、頭足動物、両生類、爬虫類、魚類、イカやカメレオンなどの温血動物など、動的に色を変えることができる動物種が数多く存在します。

図6 イカ

（写真提供：veer）

図7 カメレオン

（写真提供：veer）

形態学的な色の変化に関しては、数日から数か月かかる動的な生理学的な色の変化として現れ、この変化は数分以内に発生する可能性があります (長い棘を持つ毛唇ベラは、色が変わるのにわずか 1 秒かそれ以下しかかかりません)。これらの速度の違いは制御メカニズムの違いに基づいており、最も速い色の変化はホルモンではなくニューロンによる主な制御によるものです。

動的な色の変化は、さまざまな動物に共通する多くの生理学的特徴を持つ、急速で変化に富み、状況に依存する行動です。

まず、どちらも色素細胞と呼ばれる特殊な皮膚細胞を使用してこれを行います。色素胞にはいくつかの主要な種類があり、色素顆粒、結晶、または反射板の細胞内再編成によって色が変わります。

2 つ目は、皮膚に本来備わっている光過敏性と、それが色を変える能力とどのように関連しているかです。例えば、前述の視覚タンパク質 SWS1 は光に対する感度を表します。

一部の動物の色は、光、温度、生活環境の変化によって変化します。時には、異性の注意を引いたり、敵を怖がらせたりするために色を変えることもあります。時には、色の変化は、恐怖や怒りなどの感情や精神状態が体の表面に現れることによって起こることもあります。色を変えることで、よりうまくカモフラージュし、敵を混乱させ、獲物を狩りやすくなります。色を変えることで身を隠したり、天敵を避けたり、身を守ることができます。

つまり、体色の変化は動物が自然に適応するための方法であり、この小さな行動には大きな知恵が隠されているのです。老子が道徳経で言ったように、「道は自然に従う」のです。色を変えることができる動物にとって、「道」は自然の法則です。

参考文献:

[1]シュバイカート、LE、バッグ、LE、ノートン、LF、ボーリン、JR、ウィーラー、BR、グレース、MS、... & ジョンセン、S. (2023)。魚の色の変化における感覚フィードバック システムとしての真皮オプシン上の動的光フィルタリング。ネイチャーコミュニケーションズ、14(1)、4642。

[2]タウンゼント、CH（1929）。魚類の色の変化の記録。

[3]藤井良三（2000）。魚類色素胞の運動活動の調節。色素細胞研究、13(5)、300-319。

[4] Nilsson Sköld, H.、Aspengren, S.、および Wallin, M. (2013)。魚類と両生類の急速な色の変化 - 機能、制御、および新たな応用。色素細胞と黒色腫の研究、26(1)、29-38。

[5]パーカー、GH（1930）。色素胞。生物学レビュー、5(1)、59-90。