「ファイティング・ファミリー」「マスター・オブ・カラー」？口の中のシャコはどうして何でもできるのですか?

制作：中国科学普及協会

著者: ティアン・ダウェイ (ポピュラーサイエンスクリエイター)

プロデューサー: 中国科学博覧会

私たちが普段目にするシャコは、下の写真のような姿をしています。しかし、実際には、シャコが属する科は、海で最も優れた「闘う科」の一つであり、「色彩の達人」でもあります。この記事では、シャコの話についてお話します。

シャコを美味しい食べ物に

(画像出典: ウィキメディア)

激辛料理

私たちがよく食べるシャコはシャコ科に属します。シャコはシャコとも呼ばれます。名前は攻撃に使用する「武器」に由来しています。

次にシャコを食べるときには、蒸したシャコの前足を引っ張ってみて、その形がカマキリの「鎌」に特に似ていることに気付いてください。この「武器」のおかげで、彼らは海でも恐ろしい殺人者となったのです。

シャコの「武器」

（画像出典：参考文献[1]）

シャコは海底の洞窟に隠れます。小魚が近づくと、シャコは素早く洞窟から飛び出し、鎌を出して小魚を刺し、洞窟の中に引きずり込んで食べます。

シャコは魚を捕まえるときに非常に素早く動き、約 20 ミリ秒で攻撃を完了します。それに比べて、人間が瞬きするのにかかる時間はおよそ 200 ミリ秒なので、瞬きする間に攻撃が完了すると言うと、遅すぎるように感じられるでしょう。

このような恐ろしい「武器」は、狩りに使用できるだけでなく、危険に直面したとき（人の手に捕まったときなど）にも、シャコは「鎌」を使って身を守ることもできます。そのため、生きたシャコを取り扱う際には安全性に注意する必要があります。

シャコによる傷

（画像出典：参考文献[1]）

私たちがよく食べるシャコの尻尾には「鎌」だけでなく、鋭い「返し」もついているので、取り扱いにも注意が必要です。

シャコの尾の「とげ」

（画像出典：参考文献[1]）

オーシャンボクサー

実際、シャコ科の生物は 2 つの主要なカテゴリに分けられます。 1 つのカテゴリはシャコのように「鎌」を「武器」として使用し、もう 1 つのカテゴリはハンマーを「武器」として使用します。下のシャコは、ハンマーを「武器」として使う典型的な例です。

美しいけれど扱いが難しいシャコ

(画像出典: ウィキメディア)

このタイプのシャコは拳を胸に押し付けて攻撃します。この攻撃中、シャコの拳の後ろにある特殊な構造が弓のように曲がり、エネルギーを蓄積します。シャコは獲物に近づくと、突然このエネルギーを放出し、時速80キロメートル以上のスピードで拳で獲物を殴りつけます。

シャコの拳はカニやハマグリの殻を簡単に砕き、水槽のガラスさえも粉砕することができます（そのため、シャコを飼うには防弾ガラスが必要です）。

シャコの拳

（画像出典：参考文献[2]）

それだけでなく、科学者たちは、シャコが獲物を攻撃する際、獲物は1秒以内に複数の打撃を受けることも発見しました。

これはシャコが1秒間に何度もパンチを繰り出せるからではなく、獲物を攻撃するときに、その高速の拳が獲物の殻に衝突し、小さな真空領域を作り出すためです。

真空泡が形成されると、周囲の海水が急速に流れ込み、巨大な衝撃波（さらには炎）が発生します。この衝撃波は獲物の硬い殻に二次的な損傷を与え、シャコが獲物の殻を粉砕するのに役立ちます。

しかし、あなたはこの質問について考えたことがあるだろうか。シャコの餌にはアサリや巻貝など、非常に硬い殻を持つ生き物が含まれますが、シャコの拳はなぜ何度も打撃を受けても傷つかずに持ちこたえることができるのでしょうか。シャコには独自の「鉄拳」があるのでしょうか?

科学者たちもこの疑問に興味を持っています。科学者たちはシャコの拳を研究した結果、シャコは「鉄拳」ではないものの、特殊な構造により非常に強力であることを発見した。

拳の「打撃ゾーン」は主にキチンとハイドロキシアパタイトでできています。キチンはカニやエビの外骨格に非常に多く含まれており、ハイドロキシアパタイトは私たちの歯の表面の物質に似ています。つまり、シャコの拳は何か珍しい物質でできているわけではないのです。しかし、これらの物質の配置は非常に興味深いです。それらは互いに重なり合ってDNA らせんに似た構造を形成します。

シャコの拳の中の材料の配置

（画像出典：参考文献[3]）

この構造により、シャコは攻撃時に拳全体に力を分散させることができ、拳が壊れるのを防ぐことができます。

科学者たちはこの構造に基づいて、同様の生合成材料も開発しており、将来的には新しい防弾チョッキの製造に使用されたり、医療や建設の分野で軽くて強い材料の製造に使用されたりする可能性があります。

「色彩の巨匠」？物議を醸す色の世界

シャコの拳に加え、シャコのもう一つの能力も科学者に衝撃を与えた。それはその優れた視覚システムである。

人間は、目に黄緑、緑、青紫の光にそれぞれ敏感な3種類の錐体細胞があるため、幅広い色を認識できます。受け取った光信号は脳内に集まり、色とりどりの世界を創り出します。

さまざまなタイプの錐体の光感受性領域

(画像出典: ウィキメディア)

対照的に、一部の鳥は4種類の錐体を持っており、紫外線を含むより多くの色を見ることができます。

シャコの目には10種類以上の光受容器があり、シャコはより多くの色を見ることができるのではないかと推測する科学者もいる。

しかし、シャコが見ている世界は私たちが想像するほど色彩豊かではないと考える科学者もいる。それは、彼らの目には多種多様な光受容器があるにもかかわらず、彼らの脳が視覚信号を私たちとはまったく異なる方法で処理する可能性があるためです。そのため、シャコの視覚については未だ解明されていない謎が数多く残っています。

しかし、一つ確かなことは、シャコは人間には見えない偏光を見ることができるということであり、これによりシャコは海洋環境で獲物をより明確に識別できる可能性がある。

シャコの繊細な目

(画像出典: ウィキメディア)

科学者たちはシャコの目の構造に基づいて非常に低コストの偏光カメラを開発した。このようなカメラは、医師が病変をより鮮明に観察し、患者の命を救うのに役立ちます。自動運転車は雨の日や霧の日でもより鮮明に「見える」ようになります。軍用ドローンもこれを使用して、迷彩をより明確に識別し、敵を検出できます。

意外にも、食卓の珍味であるシャコには、研究する価値のある側面がたくさんあります。次にシャコを食べるときは、もっと楽しんでみませんか？ （まあ、そうでもないけど）

結論

食卓では美味しい珍味、海では凶暴な殺人者、視覚の世界では色彩の達人、これらはシャコに付けられたレッテルです。一見普通の海の生き物にも、実はとても多くの驚くべきものが隠されています。

シャコの他の輝かしい点のうち、人々に発見されていないものは何でしょうか?海には他にどんな生物学的な宝物があるのでしょうか?一緒に楽しみにしましょう！

参考文献:

[1] Amaral ALS、Castilho AL、Haddad Junior V.シャコまたはシリボイア（甲殻類：口足類）によるヒトの傷害[J]。 Revista da Sociedade Brasileira de Medicina Tropical、2021、54。

[2] Tadayon M、Amini S、Wang Z、et al.シャコの鞍部の生体力学的設計：急速な捕食攻撃に使用されるバイオミネラル化スプリング[J]。 IScience、2018、8：271-282。

[3] トーマス・クローニンなぜサメではなくシャコが海で最も驚くべき捕食者であるのか

[4] ジェームズ・C・ウィーバー他,「口足動物のダクティルクラブ：ダメージに強い強力な生物学的ハンマー」Science336、1275-1280（2012）。

[5] モリソン、J.シャコの超色覚は誤りである。ネイチャー（2014年）。

[6] プラチ・パテルカメラがシャコの驚異的な視覚を模倣。