すべての動物は色盲ですか？彼らのビジョンはあなたのものよりも豊かかもしれません!

同じおもちゃのボールの場合、赤いボールと緑のボールのどちらを買うべきでしょうか?購入した色が猫や犬に気に入らなかったらどうなりますか？ほとんどのペット飼い主がこの問題に悩まされていると思います。

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しかし、あなたの「主人」はおもちゃのボールが赤か緑かは気にしないだろうと言わざるを得ないかもしれません。なぜなら、彼らの目には、この 2 つの色に違いがないからです。

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猫や犬は色盲ですか？

猫や犬は視力が優れていると言われませんか？なぜ赤と緑の違いが分からないのでしょうか？実際、ここで私たちが話しているのは視覚ではなく、視覚の一分野、つまり色を知覚する能力です。この能力は「色覚」または「色知覚」あるいは「色識別」と呼ばれ、異なる波長の光を認識する能力です。

白色光がプリズムを通過すると、色とりどりのスペクトルに分割されます。異なる波長の光は、長いものから短いものの順に、赤、オレンジ、黄色、緑、シアン、青、紫の順に配置されます。もちろん、これらは単純な 7 色ではありませんが、これらの色の間には滑らかな移行があります。私たちが見ることができる色は7色よりはるかに多いです。

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私たちの目の錐体細胞のおかげで、この色の違いが見えるのです。これらは、私たちが見る色を脳に伝達される神経インパルスに変換する役割を担っています。私たちの網膜には 3 種類の錐体細胞があり、光の波長によって感度が異なります。伝統的に、科学者は、波長感度ピークの順序に従って、それらを短い（S-）、中程度の（M-）、長い（L-）タイプとして記録してきました。簡単に言えば、これらは一般に青色光受容体、緑色光受容体、赤色光受容体と呼ばれます。私たちが色とりどりの世界を見ることができるのは、これら 3 つの受容体間の拮抗と協調のおかげです。

しかし、人間と比較すると、猫と犬には錐体細胞が 1 種類欠けており、青紫色光と黄緑色光にそれぞれ敏感な長い錐体細胞と短い錐体細胞の 2 種類しかありません。この状況は、人間の赤緑色盲の人と非常によく似ています。赤緑色盲の人は中型または大型の錐体細胞のいずれかが欠損しているため、赤と緑を区別することができません。もちろん、猫や犬の色覚が人間の真の色覚異常と一致しているかどうか、あるいは彼らが見ている虹が単に黄色と青の間の単純な変化であるかどうかはわかりませんが、少なくともおもちゃのボールが赤なのか緑なのかは判別できないはずです。

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猫や犬は色盲であるだけでなく、「色弱」でもあります。彼らの網膜の色錐体の密度は人間よりもはるかに低い。網膜の中で最も色に敏感な部分である黄斑では、犬の錐体細胞の密度は人間の約10分の1しかありません。

しかし、猫や犬の目に映る世界は灰色だとは言えません。逆に、彼らの視界は薄暗い環境でも非常に明るくなります。錐体細胞とは対照的に、網膜には桿体細胞と呼ばれる別の種類の光受容体があります。桿体細胞には色を認識する能力はありませんが、光に対してより敏感であり、夜間に物を見ることができるのは完全に桿体細胞のおかげです。猫や犬の網膜には人間よりもはるかに多くの桿体細胞が分布しており、そのおかげで電気を消した後でも暗い部屋の中で巧みにパルクールを行うことができるのです。

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鳥からの「次元削減攻撃」

私たちが猫や犬に世界が色彩に欠けていると共感するとき、窓辺のスズメもまた私たちに共感します。

私たち人間が「三色色覚者」であるならば、ほとんどの鳥は「四色色覚者」です。人間と比較すると、鳥類は赤、緑、青の色受容体だけでなく、より短い波長に反応する一種の錐体細胞も持っています。ほとんどの鳥では、反応のピークは紫外線の範囲にまで及びます。

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新しい錐体細胞の存在により、鳥の色彩知覚に新たな次元が加わります。赤、黄、青の混合は平面上で表現できますが、4 色の混合は 3 次元空間でしか表現できません。私たちにとって灰色に見える物体は、鳥には明るく輝いて見えるかもしれません。同様に、黄色い物体は私たちには明るい赤や緑に見えるかもしれません。

鳥類の錐体には、私たち哺乳類には見られない高度な構造もあります。鳥の錐体にある実際の色受容体の前には、高濃度のカロテノイドによって黄色から赤に染められる小さな油滴があり、それがフィルターとして機能して錐体による色認識をより正確かつ具体的にします。科学者たちは、ほぼ無色透明なものも含め、合計で6種類の異なる色の液滴を鳥の錐体の中に発見した。

錐体内の油滴の種類は、鳥の種によって大きく異なります。そして、遠縁の種であっても、その生態学的地位がより類似していれば、油滴種の分布はより類似している可能性がある。おそらくこれは、自然淘汰の圧力により、油滴が円錐よりも速く変化するからでしょう。

もちろん、鳥類の中には例外もあります。フクロウの網膜にある錐体細胞の数は非常に少なく、大部分は薄暗い光を感知する桿体細胞であるため、フクロウの視覚はモノクロに近いと考えられます。これは猫と同じです。

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ヤモリたちのカラフルな夜の生活？

高解像度とカラーのどちらかを選べる場合、猫やフクロウを含む多くの夜行性動物は前者を選びます。しかし、ヤモリは「全部欲しい」と言いました。

夜行性のヤモリであるヘルメットトカゲモドキ（Tarentola chazaliae）は、薄暗い月明かりの下では人間の350倍も優れた色識別能力を持っています。網膜には、薄暗い光に敏感な桿体細胞が一つもありません。代わりに、3つの異なる波長の光に敏感な錐体細胞が密集しています（3種類ありますが、人間の赤、緑、青の種類ではなく、緑、青、紫外線です）。

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ヤモリの目の優れた光学特性により、ヤモリは夜間でも色鮮やかな世界を体験することができ、目の錐体細胞は大きくて密集しています。科学者たちは、昼行性のトカゲの一種が、自分たちに適した夜行性の生態学的ニッチを見つけたのではないかと推測している。新しい環境に適応するために、彼らは先天的に欠陥のある視覚システムを改良し、桿体の欠如によって引き起こされる問題を克服するために、より優れた光学システムとより強力な錐体を使用する必要がありました。結局、効果はかなり良いようです。

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ハードウェアだけでは不十分、アルゴリズムがそれを補う

イカやタコなどの頭足動物の目は、人間の目と構造が似ているように見えるかもしれませんが、実際には独立して進化してきました。目は非常に有用であるため、進化の歴史の中で何度も独立して出現してきました。

ある意味、イカの目は脊椎動物の目よりも「合理的」です。脊椎動物の視覚神経線維は網膜の前側に位置しています。これらの神経は束になって網膜上に「盲点」を残し、網膜を通過して視神経に到達するまで光を感知できなくなります。しかし、イカやタコの視覚神経線維は網膜の裏側に位置しており、シームレスに直接視神経に収束するため、画像化にはまったく影響しません。

脊椎動物（左）とタコ（右）の眼内構造。タコの視覚神経線維は網膜の後ろに位置しているのがわかります。図中、1は網膜、2は視神経繊維、3は視神経、4は脊椎動物の視覚の盲点です。画像出典: Wikipedia

しかし、彼らの目には問題がないわけではありません。頭足動物の目には 1 種類の光受容体しかなく、つまり白黒とグレースケールしか見ることができません。彼らの暮らしは犬よりもさらにひどい。しかし、イカの色を変える習性をある程度理解していれば、次の疑問が湧いてくるでしょう。イカは色を見ることができないのに、どうやって環境に合わせて色を変えるのでしょうか?そして、明らかに天敵である魚の方が簡単に見ることができるのに、なぜ色覚異常の異性の前でその色彩の豊かさを自慢しなければならないのでしょうか?

このような矛盾に直面して、科学者たちは、イカやタコも色覚を持っている可能性があり、その秘密は奇妙な形の瞳孔にあると指摘した。

ほとんどの脊椎動物の瞳孔は丸いため、光が一点に集中しやすくなり、より鮮明な画像が得られます。しかし、イカの瞳孔はまったく逆です。 U字型、W字型などです。このような瞳孔では、網膜上に単純で鮮明な像を形成することが困難になります。代わりに、光の波長の不一致により、画像の端に色とりどりのハローが形成されます。

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十分な計算能力があれば、これらのハローパターンは物体自体の色を正確に復元できます。もちろん、これには色自体に対する特定の要件もあります。単色、または明るさが似ている 2 色の場合、明確なビネットを形成することは困難です。このため、イカには色覚がないとする研究報告もあります。イカが識別するのが得意なのは、実は明暗の境界にある色であり、これは私たちのカメラがパープルフリンジの問題に遭遇するのと同じシーンです。

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最も複雑な色覚は実は...

カマキリエビ（口足魚目シャコ科）は、12～16 種類もの異なる光受容体を持っているため、地球上のどの動物よりも複雑な色覚を持っていると考えられます。彼らの目にはまばゆいばかりの虹色の効果がどのようなものに見えるのか、私たちにはわかりません。十数次元の可視光線と紫外線の混合は言うまでもなく、円偏光さえも知覚できます。彼らは今でもこの特殊能力を持つ唯一のグループです。

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このような複雑な色覚は、一方では彼らの小さな脳の貴重な計算能力を節約し、他方ではより豊富な秘密のコミュニケーション手段を提供することができます。シャコが生息する洞窟の入り口には必ず「立ち入り禁止」の大きな看板が掲げられていますが、シャコにとって天敵も獲物も私たち人間もすべて見えません。

それぞれの動物には世界を認識する独自の生来の方法があり、私たちの視点を彼らに押し付けることは、私たちにとっても彼らにとっても不必要な大きな負担となるでしょう。したがって、赤いボールと緑のボールのうち、好きな色を買ったほうがよく、あまり相手の視点に立つ必要はありません。または、両方購入してどちらが気に入るか確認してみませんか?

著者｜ラオマオ

レビュー |中国科学院動物学研究所研究員 黄成明

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