果物：花は色とりどりなのに、私のはなぜこんなに単調なのでしょうか？

制作：中国科学普及協会

著者: 陳哲牛楊（中国科学院昆明植物研究所）

プロデューサー: 中国科学博覧会

自然の中を散歩すると、タンポポ、インパチェンス、キンモクセイ、ラン、ツツジなど、さまざまな形や色の花が見つかります。

それに比べると、果物（特に野生の果物）の見た目はそれほど豊かではないようです。ブルーベリー、サンザシ、ヒイラギ、ナス科、イチイ属…主に円などのシンプルな輪郭で、赤と黒がほとんどです。

最近、中国科学院昆明植物研究所の研究チームは、赤い鳥媒花（鳥によって受粉する花）と赤い鳥媒果実（鳥によって種子を拡散する果実）の色彩に関する定量的研究を行い、自然界の赤い果実の色調は赤い花ほど豊かではないことを発見した。研究者たちは、花と果実の「背景」（進化の歴史）を組み合わせ、花と果実の色の違いの考えられる理由を発見した。

図 1 赤い花 (a–c) と赤い果実 (e–f) を持ついくつかの植物。 (a) 茎花のEchinops chinensis（鳥媒介） （b）マクロフィラセラータ（甲虫媒介） （c）ムラサキ（ミツバチ受粉） （d） イチイ（鳥によって散布される） (e) Viburnum birchii (鳥に分散) (f) Rhizoma serrata (鳥に分散)。

(写真出典: a-d: 陳哲、e: 牛楊、f: 郭沢民)

特別な動物であり、「純粋な」赤ではない

花と果実は植物の繁殖にとって重要な器官です。それらの色は、花粉媒介者（蜂、蝶、鳥など）や散布者（鳥や哺乳類など）を引き付ける重要な特徴であり、長期にわたる進化の過程で関連動物によって選択されてきました。

鳥は受粉と種子散布の両方に関与する非常に特殊な種類の動物です。受粉や種子散布を行う鳥類には種によって違いがありますが、鳥類の色覚システムは一般的に保守的で一貫性があり、4色システムです（図2に示すように、色覚には4種類の光受容体が関与しています）。

研究チームは、鳥と相互作用する赤い花と赤い果実に焦点を当て、受粉と種子散布中に相互作用する動物の色覚システムの違いを効果的に制御しました。

また、鳥によって受粉される花や鳥によって散布される果実は赤色のものが多く、赤色は鳥にとって非常に目を引く色信号となります。この機能は、動物と植物の相互作用を研究し、花（受粉プロセス）と果実（種子散布）の固有の違いを調査するのに非常に適しています。

図2 鳥類（a）とヒト（b）の網膜における光受容体感度曲線。鳥類は四色型色覚システムを持っており、網膜上の 4 種類の錐体が色知覚に関与しています。人間は3種類の錐体細胞に対応する3色システムを持っており、紫外線（約300〜400nm）には鈍感です。

（写真提供：陳哲慧）

赤色には実にさまざまな色合いが含まれており、肉眼では区別できないものもあります。

赤い果物や赤い果物の「赤」は、少なくとも 2 つのカテゴリに分けることができます (図 3)。 1つは「純粋な赤」で、その反射は長波長帯（赤色光領域）でのみ現れます。もうひとつは「純粋でない赤」とも言えます。長波反射の他に、短波帯（300～500nmの紫外線・青色領域）にも弱い反射ピーク（二次反射ピーク、以下「二次ピーク」という）が存在します。

図 3 反射サイドピーク (SP) がある場合とない場合の赤い花と赤い果実の例。 (a) 2 つの赤い花の反射スペクトル: 密に花をつけた Passiflora には二次ピーク (青線) があり、赤い花をつけた Passiflora には二次ピークがありません (赤線)。 (b) 2 種類の赤い果実の反射スペクトル。シナバールートには二次ピーク（青線）があり、スネークベリーには二次ピークがありません（赤線）。

（写真提供：陳哲慧）

果実の色は花の色ほど濃くない

研究チームはこれまでに、さまざまな赤い花の反射スペクトルを収集し、その変化するパターンを明らかにし、赤い花の反射サイドピークが受粉プロセスにどのような意味を持つかを明らかにしてきました。

これを基に研究者らは、鳥によって受粉される94種の赤い花と、鳥によって散布される99種の赤い果実を収集し、それらの色の特徴を比較した。色の多様性はスペクトル空間と鳥類の色覚空間で分析され、色の顕著性は色覚モデルを使用して分析されました。

結果は、赤い果実の色の多様性は赤い花よりも低く（図 4）、短波で二次反射ピークを示すことはほとんどないことを示しました（図 5）。鳥の色覚モデルによれば、赤い果実は明るさの点では赤い花よりも目立つが、色相の点では赤い花と区別がつかないことが示唆されている。

図 4 鳥によって受粉された赤い花は、鳥によって蒔かれた赤い果実よりも色の多様性が高い。鳥によって受粉される花の進化の歴史はより複雑で、さまざまな色を持つ昆虫によって受粉される花（多くの場合、ミツバチによって受粉される）から進化した可能性があります。図中の四面体は鳥類の色覚空間であり、その中の点は鳥類の色覚空間における花（赤）と果物（シアン）の色の位置を表しています。鳥の色覚空間における花と果実の占める体積を示すヒストグラム（1000 サンプルに基づく）。

（写真提供：牛楊慧）

図5 鳥受粉した赤い花（a）と鳥が種をまいた赤い果実（b）の反射スペクトル。 SP は二次ピークを指します。

（写真提供：陳哲慧）

鳥はどの色の赤を好みますか?

二次ピークの有無による2種類の赤色の生態学的機能に違いがあるかどうかをテストするために、研究者らはハトをモデルとして、行動実験を通じてハトの色の好みと色識別能力をテストした。

図6 ハトの行動実験の模式図。 (a) Y字型の実験フィールドの上面図。中央にグリッドがあり、両側に草の背景と報酬色信号装置があります。 （b）報酬 - 色信号装置。上部の2つの果実は、細い鉄線で下のチューブに接続されています。ご褒美としてチューブの中にオート麦を 3 つ入れることができます。底部は鉄釘で固定されており、芝生の上に固定できます。

（写真提供：陳哲慧）

実験は自然光を得るために屋外の網小屋で行われた。敷地はY字型のデザインを採用しています（図6a）。鳩は一方の端から入り、Y字型の分岐で選択を行い、2本の腕を持つ通路に入ります。

背景刺激と色刺激は、2 本の腕のチャネルの両端に設定されました。背景はプラスチックのフレームに植えられた芝生で、実験中は地面に対して垂直に置かれました。アカシアの果実を使って2つの赤い信号を生成します。自然な状態では、辰砂の根は一定量の紫外線を反射します。日焼け止めを塗ると、紫外線を吸収する赤色が生まれます。処理された果物は細いワイヤーを介して報酬（オート麦）が入ったチューブに接続されました（図6b）。

実験では、遠心分離管は草の下に隠されていました（直接見えませんでした）。一方、色刺激はハトが選択するための信号として提示されました。

ハトの色の好みをテストする際、2 つの赤色信号に対応するチューブ内に報酬があり、違いは色のみであり、ハトの選択によって 2 つの赤色を好むかどうかが判断されました。

ハトの色識別能力をテストする際、1つの赤色に対応するチューブにのみ報酬が置かれ、もう1つの赤色には報酬は置かれません。鳩の選択によって、2 つの色を区別できるかどうかが決まります。報酬を与えられた赤が報酬を与えられなかった赤よりも大幅に頻繁に選択される場合、その選択はランダムではなく、つまり 2 つの色を区別できることになります。

実験中、芝生の上の報酬色信号装置の位置はランダムで、実験の各ラウンドの後に調整されましたが、調整プロセス全体はハトには見えませんでした。

行動実験の開始時に、研究者たちは大きな課題に直面しました。ハトに選択をさせるよううまく誘導できなかったのです。

2 つのターゲットが一定の距離を置いて並んで配置された場合、ハトはターゲット自体の特性に関係なく、常にその方向自体を好む傾向を示しました。彼らは何も考えずに、まず左側からターゲットに近づき、次に右側に移動します。またはその逆。

実験場のレイアウトを変更したり、選択肢間の距離を変えたり、実験前に絶食させたりといった多くの調整を行ったにもかかわらず、ハトは選択をしようとしなかった。

この状況は10日以上続きましたが、実験には明らかな進展は見られませんでした。研究者たちは、継続的な観察と思考の結果、ハトが環境を観察する方法は人間や一部の昆虫とは異なるかもしれないと突然気づいた。彼らの目は前ではなく横を向いています。

したがって、鳩の目の前に置かれた 2 つの並んだターゲットは、実際には鳩の視界では同じ方向にあります。選択する必要はなく、彼らに向かって歩くことで報酬を得ることができます。

そこで研究者たちは実験のセットアップを変更し、2つのターゲットをY字型に配置して、それぞれが異なる側になるようにしました。この調整がついに功を奏しました!

今度は、鳩たちは明らかに躊躇しており、選択をする前に頭を左右に振って観察し、しばらく考えてから立ち去ることを選択しました。

実験結果は研究者の予想と一致した。ハトは優れた色覚を持っているため、二次反射ピークのある赤色とない赤色を区別することができましたが、明らかな色の好みはありませんでした。したがって、二次ピークの有無にかかわらず赤色の進化に対する鳥類の影響は決定的ではない可能性があります。

図7 実験中のハト

（写真提供：陳哲）

花と果物は異なる「人生経験」を持っています

どちらも赤いのですが、花と果実は色の多様性、スペクトル特性、色知覚において明らかな違いが見られます。この研究で相互作用した動物は鳥だけであったため、花や果物のこれらの違いは、相互作用した動物のグループとその色覚特性の違いに起因するものではありません。

赤い花の色の多様性が高い理由は主に 2 つあります。まず、花と花粉媒介者の関係は、果実と散布者の関係よりも密接かつ特殊であるため、花の色の多様性が増します。つまり、花はより「異なる」傾向があり、それが異なる花粉媒介者を引き付けるのに役立ち、それによって異なる植物間の花粉の移動が減り、花粉の無駄や相互干渉が回避されます（異なる植物の花粉は種子形成率を低下させる可能性があります）。

果実はより「均一」になる傾向があり、散っていく鳥を引き付けるために、さまざまな植物が暗黙のうちに非常に目を引く赤い果実をつけることを選択します。これは、異なる果物が「団結」して拡散者を引き寄せる戦略である可能性さえあります。

さらに、鳥によって受粉される赤い花の進化の歴史はより複雑で短いものです。

鳥によって受粉する花は、新生代（6600万年前）頃から現れ始めました。鳥によって受粉される花の祖先は、昆虫によって受粉される花（多くの場合、ミツバチによって受粉される花）である可能性があります。昆虫は多様な色覚を持っており、鳥類とは異なります。昆虫によって受粉する花は、青や紫など色彩が豊かです。昆虫によって受粉する花から鳥によって受粉する花へと進化する過程で、花は祖先の特定の色彩特性を保持しながら、より複雑で多様な特性を示しています。

図8 青い注ぎ口のある壺を訪れるマルハナバチ

（写真提供：郭沢民）

対照的に、鳥がまいた赤い果実は、より単純で長い進化の歴史を持っています。鳥は白亜紀前期（1億4500万～1億年前）から植物の種子散布を助けていた可能性がある。

鳥が果実を運ぶ祖先は、爬虫類（トカゲなど）や哺乳類（先史時代の多丘動物など）などの他の動物にも食べられていた可能性があるが、これらの動物の色覚システムは鳥類のものと似ているか、鳥類よりもはるかに単純であり、果実の色に対する選択圧は一貫している可能性があり、そのため果実の色の多様性は少なくなっている。これは、進化の歴史が花や果実の色に大きな影響を与えていることを示唆しており、今後の研究でさらに注目されるに値する。

結論

誰もが鮮やかな花を愛しますが、複雑な自然界に足を踏み入れると、花や果物の色が単なる視覚的効果以上のものを持っていることに驚き、それ自体の繁殖に重要な意味を持っていることに気付くでしょう。

人間にとって、色は美的価値を持っていますが、植物や動物にとって、色は何十億年にもわたって繁殖し続けるための鍵となるのかもしれません。

参考文献:

[1] 陳哲牛楊。 【真面目な雑学】自然界の赤い花の色の数と口紅の色の数はどちらのほうが多いでしょうか？

(注: ラテン語のテキストは斜体にする必要があります。)