箱島へ

2017年01月30日 18時14分44秒 | マーロックの日記

                                  ピ  ピ

                                                  ゥゥゥウウ  ・・・・・

            ―――

大きな雲・・・

高く上った太陽は、もう傾いている。

雨は降っていないけど、橋の向こうはまだ水位が下がらない。

今朝早くに、コックさんやチーフさんがキャンピングカーをレンタルして街を出た。

斧さんと、ハンスさんとゴムさんも一緒。

ハンスさんとゴムさん夫妻は、テムとレウが住んでいた国で動物を調べていた。

休暇で戻って来たのだけど、私たちの話をテムから聞いてコックさんたちに同行することになったらしい。

ハンスさんは、メールでテムの勉強を見ていた。

「・・・」

谷の下には、ヘテロたちはもういない。

大タープに来るために西に向かったけど、出発は予定より遅れた。

ブラウの探偵社に来た最初の依頼人が、風邪をひいたらしい。

微熱が出て、少し様子を見ていた。

本人が歩けるというので、西に歩き出した。

ここまで来れれば、ゆっくり休んでもらえる。

荷物は300mロープで引き上げている。

大型ドローンも使った。

ただ歩みは遅くなるだろうから、もしかしたらもう1泊必要になるかもしれない。

それで、必要な荷物と300mロープを持ってマッチョさんが西に向かった。

シャープさんと、レースドローンを持ったカールさんも一緒。

必要なら、上から荷物を下して休んでもらう。

レトリバーも一緒に行った。

マリオットさんが固定翼ドローンで高い場所から東を摂った。

狩猟小屋のある辺りは、湖になっていない。

舗装路までの獣道は、水に沈んでいるけど。

「・・・・」

特にやることがない。

ハットさんは、今日も暗号日記を解こうとしてる。

     ジャリ

トラックに戻ろう。

「ニャ~」

一緒に崖に来ていた黒猫が、付いてくる。

                           ピ  ピ

                                                  ヮヮヮヮヮ  ・・・・・

先カンブリア代の最後、全地球凍結の後に増えた酸素を利用して大型の多細胞動物が現れる――コラーゲンの合成が可能になったと思われる。

酸素呼吸はエネルギーの利用効率が高く、捕食が有望になる。

すぐれた視覚は、それを助けただろう。

硬い組織を持つ生物が現れて化石が残りやすくなり、5.4億年前の地層から化石が現れ始める――捕食にも、それから守るのにも役に立つ。

カンブリア紀の前に、光を感じるだけの単純な目は発達していたと思われる。

そして5.4億年前ごろ、最古のタイプの三葉虫はレンズを持った像を結ぶ目を進化させる――その後3000万年ほどで、よりすぐれた構造が進化する。

立体視にはそれなりのサイズと、それを解釈するための脳が必要になる。

目を発達させるための土台はそれ以前にも進化していたと思われるけど、大型化が難しかったためにそれ以上の発達が妨げられていたのだろう。

動物界には、知られている限り38の門がある――門は共通の祖先をもつ生物の分類単位で、ドメインの下に界があって、門はその下。

光を感じたりその方向を知るだけの単純なものではなく、立体視が可能な目を得た門は6つだけ――初歩的な目なら植物にもあるかもしれず、研究されている。

私たちが属する脊索動物門は4万種以上、タコの様な軟体動物門は10万種以上、甲殻類や昆虫の属する節足動物門は100万種以上が知られている――まだ発見されていない種は多いだろう。

板形動物門は1種しか知られていない。

目を持つ動物を合わせると、動物界の9割り以上になる。

立体視が可能な目を持つことが、非常に有利なのだと思われる。

同じような構造が、別々に進化することはある――収斂進化という。

タコは私たちによく似たカメラ型の目を持っている。

人とタコの共通祖先はワームの様な動物だったと思われるので、複雑な構造はそれぞれが発達させた――発生においても、それぞれ別の組織から目がつくられる。

共通祖先も、単純な目は持っていたと思われる。

タコの目は光を感じる受容体が外を向いていて、神経細胞…ニューロンの配線が脳の方を向いている。

人の目は、光受容体が内側を向いている――ニューロンが外向きなので、配線を脳に送るためのスペースが必要でそこが盲点になっている。

タコの目の方がよくできている様に見えるけど、ニューロンの配線は無色なのでそれほど邪魔にはならない――光が受容体に真上からあたるように誘導する場合もある。

そして光受容体が網膜色素上皮細胞に直接埋め込まれている。

血液が十分に供給されているので、高い代謝率に対応できる。

脳は体の2%ほどの重さだけど、酸素消費量は20%に達する。

網膜は1g辺りの酸素消費量が脳より多く、私たちの体で最も代謝率が高い。

タコの目では、この様な高い代謝率は維持できないと思わる――海の中だから、その必要がないのだと思われる。

私たち脊椎動物の目は、光を感じると電荷を増やしてシグナルを脳に送る。

無脊椎動物は反対に、光を感じると電荷を減らしてシグナルを送る。

当初、別々に進化したためだと思われていた。

ただ現在は、すべての目が共通の原始的な目に由来すると考えられている。

Pax6という遺伝子は、発生の際に目をつくるべき場所を示す――目自体は、それよりも下位で働く遺伝子がつくる。

共通祖先が遠く離れた種であっても、Pax6はよく似ている。

ヴァルター・ゲーリングは22年前、マウスのPax6をショウジョウバエに組み込んだ。

このハエは、脚や羽や触角に目ができた――マウスのカメラ目ではなく、昆虫などに特有の複眼だった。

ハエとマウスは6億年前に共通祖先をもつと考えられているけど、いまだにPax6を交換しても機能するのである。

現生のワームも目を持っている――6億年前の祖先も、これらに近い構造だったと思われる。

目で光を感じるのはロドプシンという分子で、現在のワームのロドプシンは無脊椎動物に似ている。

だけど13年前、別のロドプシンが脳に発見された。

それは概日リズムに利用されていて、私たち脊椎動物のロドプシンが使われていた――睡眠と覚醒を制御するリズムで、細菌も持っている。

そして翌年、私たちの目から無脊椎動物のタイプのロドプシンが発見される――網膜神経節細胞で発見されたこのロドプシンは、光の感知にはかかわらず概日リズムに利用されている。

どちらのタイプのロドプシンも、同じ分子に由来すると思われる――共通祖先は、脊椎動物と無脊椎動物の両方のタイプのロドプシンを持っていたと思われる。

おそらくすべてのロドプシンは、同じ祖先に由来する――光合成を行う葉緑体だった可能性が高い。

          

目の機能は、おおよそ半分に分けることができる。

前半分はレンズや角膜で、この機能が低下すると白内障になる。

後ろ部分は網膜で、黄斑変性は失明の原因になる。

深海の熱水孔には、様々な生物がすんでいる。

熱水孔から出る硫化水素で生きている細菌が、これらの生物を支えている。

太平洋の熱水孔には、巨大貝などの大型生物がいる――2m以上のチューブワームもいるけど、口も腸もなく体内で硫黄細菌を育てて生きている。

大西洋の熱水孔に、フクレツノナシオハラエビという群集性のエビがいる。

海面近くに住む普通のエビの様な、柄の先に付いた目は持っていない――「目のない割れ目のエビ…Rimicaris exoculata」という学名が与えられている。

代わりに背中に、2つフラップが付いてる。

潜水艇の照明を浴びると、この部分がネコの目のように光りを反射する――シンディ・ヴァン・ドーヴァーが発見した。

このフラップはどうやら網膜らしく、ロドプシンに似た色素もある――そして、ふつうのエビの目にある光受容細胞に入っている。

見かけはまるで違うけど、このエビは深海底で光を感じているらしい。

熱水孔は微かな光を発している――熱水孔の近くで潜水艇の照明を消すのは危険なのだけど、ジョン・ディレイニーがそれを行って確認した。

高温の熱水孔は赤い光か近赤外光を発していると予想されたのだけど、このエビのロドプシンは緑色の光に最もよく反応した。

宇宙空間で使われるような高性能な測光器が作成され、熱水孔の光が調べられた。

発生源はまだ分かっていないけど、緑色の光を発していた――予想よりも数桁も強度が高かった。

水の中では、赤い光は水に吸収されるので遠くまで届かない――海はそれで、青い。

水深20mから下は、ほとんどは緑と青の光だけになる。

水深80m辺りの魚には、緑を最もよく吸収するロドプシンが見つかる――水深200mまでには、青を吸収するロドプシンを持つようになる。

その後、熱水孔で暮らす生物の幼生が次々と発見される。

ガラパゴスユノハナガニの成体には、頭部にむき出しの網膜が1対ある――エビの様に。

最初に発見されたのはこのカニの幼生で、驚いたことに幼生にはちゃんと機能するカニの目がある。

それ以外のエビたちの幼生も、普通の目を持っている―ー群れないタイプのエビで、成体では背中ではなく頭にむき出しの網膜を持つ。

フクレツノナシオハラエビの幼生は、その後で見つかった。

発見が遅れたのは他のエビの幼生と似ていたからで、背中にむき出しの網膜を持つ成体とは異なり、頭部に普通の目を持っている

要するに、熱水孔の生物が持つむき出しの網膜は、必要がなくなったために退化した訳ではないのである。

幼生の時に持っていた目が、複雑さを失ってむき出しの網膜だけが残る――フクレツノナシオハラエビだけは、成体になる際に目を失って背中に新しくむき出しの網膜をつくる。

むき出しの網膜は感度が非常に高い。

ただ、意味のある像は得られない。

像を結ぶためには、網膜に届く光を制限しなければいけない。

最も簡単な構造は、小さな穴をつくること――この様なピンホール眼は、オウムガイなどが持ってる。

小さな穴を通った光だけになるので、感度は下がる――長時間同じものを見ていればある程度の強度になり、そのようにしてほとんど暗闇でも視力を得るのもいる。

穴を大きくすれば多くの光が届くけど、色んな場所で反射した光が届くので像がぼやける――そのかわり、像は明るくなる。

私たちの目では、穴…瞳孔を広げたり狭くすることで光の量を調整できるようになっている――暗ければ広げ、明るければ狭める。

瞳孔の前にはレンズ…角膜があって、光を集める。

瞳孔の後ろにもレンズ…水晶体があって、さらに光を集める――焦点を結ぶのは角膜がほぼ行い、水晶体は遠近調節のための微調整を行う。

このため穴を大きくして多くの光を集めながら、小さな範囲に光を集めることができる――同じ大きさの目でレンズがあると、100倍の解像度と400倍の感度を得られる。

カメラや望遠鏡も同じ構造で、遠くを見る望遠鏡は僅かな光を集めるために大きくする必要がある――解像度は光の波長をレンズか穴の直径で割って、物体までの距離をかけると得られる。

光の回折…拡散による解像度の限界はあるけど、人の目はそこまで細かな識別はできない。

視細胞の間隔による制限があるためで、人の場合は視力1.0がほぼこれに相当する。

視細胞の間隔がもっと小さければ解像度は上がるけど、ワシなどは視細胞をたくさん詰めることでそれを達成している。

私たち人の目は昆虫よりも80倍の解像度を持っているけど、ワシはその4倍の解像度を持つ。

むき出しの網膜を持つ熱水孔のエビたちは、幼生の像を結ぶ目に比べて700万倍もの感度を持つ計算になる。

このためむき出しの網膜は、極めて微弱な光を感知することができる――大まかな方向も。

熱水孔…ブラックスモーカーに近づきすぎると、煮えてしまう――背中に網膜を持つエビは群れるので、背中にある方が便利なのかもしれない。

そして熱水孔は、自身の放出物が詰まって活動を止める。

新しい熱水孔は別の場所にできる。

熱水孔に住む生物は、古い熱水孔から新しい熱水孔に移動しなければいけない――数km離れている。

ほとんどの成体は熱水孔によく適応しているけど、幼生は海洋に散ることができる。

幼生は熱水孔には適応しておらず、太陽光がわずかに届くような場所に住んでいる――なので、目が使える。

幼生が新しい熱水孔を見つける方法は、まだ分かっていない――何かの濃度勾配を利用するのかもしれないし、海流で偶然運ばれるのかもしれない。

                           ピピ ピ

       ジャリ

高性能の目を得るためには、レンズがいる。

動物は、様々な方法でレンズを得る。

エントブデラ・ソレアエ…Entobdella soleaeという小さな扁形動物は、複数のミトコンドリアを融合させたレンズを持っている――ミトコンドリアが集まっただけのレンズを持つ扁形動物もいる。

カンブリア紀に現れた三葉虫は、方解石の結晶をレンズに使う。

炭酸カルシウムで、純度が低いと石灰石で高いと白亜…チョークと呼ばれる。

白亜は結晶がランダムに光を散乱させるので、白く見える。

結晶がゆっくり成長する場合、菱面体というゆがんだ立方体になる場合がある。

菱面体にはc軸という特別な軸があって、これに沿って入射した光は直進できる。

それ以外の光は、屈折させる。

三葉虫は、いくつもある個眼がそれぞれc軸を違う方に向けている。

これぞれの個眼は、c軸に沿った光だけを奥にある網膜に届ける。

三葉虫の目の作り方は、2.5億年前に絶滅してしまっているので分からない。

現生の動物では、クモヒトデに同じレンズが発見されている。

クモヒトデは他のヒトデと同じ5本の腕で、方解石の骨格を持っている――なので脆い。

この骨格は、捕食のための腕のトゲも形成する。

オフィオコマ・ウェンティイという種は、捕食者が近づくと暗いすき間に逃げる。

だけど目は持っていない。

ベル研究所は、このクモヒトデが方解石のレンズとその下の光受容細胞に気付いた――結んでも折れないグラスファイバーの開発に、この発見が一役かったらしい。

このクモヒトデの目は、ウニのトゲなどと同じように形成される――ウニのトゲも方解石でできてる。

最初に細胞内で結晶の種ができる――高濃度のカルシウムイオンが、タンパク質との相互作用で決まった位置に結合する。

あとはその種に他のカルシウムイオンが集まって、結晶ができる。

結晶の種をつくるタンパク質を紙に塗って、高濃度の炭酸カルシウム溶液に浸けておくと菱面体の結晶ができる――そして三葉虫の目と同じ様に、c軸が上を向いてる。

このタンパク質は、あまり厳密に選ぶ必要がないこともわかっている。

クモヒトデのレンズ発見の9年前、リア・アダディとスティーブン・ワイナーが同様の結果を得ていた。

酸性側鎖の多いタンパク質であれば、同じ結晶がつくれる――2人は、視力がないことが確認されている軟体動物の殻から単離したタンパク質を使った。

DNAの構成要素であるグアニンは、魚のうろこに光沢を与える――虹色がかった光沢の性質から、化粧品にも配合されている。

この結晶はネコなどのタペータムに利用されている――光を反射させて網膜に戻し、暗視能力を高めている。

ホタテガイなど、天然結晶を利用する目は多い。

私たちの目は、水晶体で微調整をする。

このレンズは部位によって屈折率が違い、球面収差を回避する――レンズの異なる場所を通った光の焦点が、ずれるのを防ぐ。

水晶体は90%がクリスタリンというタンパク質でできている――クリスタル…水晶に由来していて、目にしかないと思われていたためそう名付けられた。

クリスタリンは、体の別の場所では別の仕事をしている――多くは酵素として働く。

人の目に多くあるのはα-クリスタリンで、脳、肝臓、肺、脾臓、小腸、皮膚で他のタンパク質を助ける働きをしている――シャペロンという。

現在までに知られているクリスタリンは11種で、3種だけはすべての脊椎動物の目に見つかる――それ以外は、それぞれの種が独立にレンズに流用したのだと思われる。

目の進化において、レンズの材料には困らなかっただろう。

色素と結合したタンパク質以外はほぼすべてのタンパク質は透明なので、屈折率に応じて濃度を変えるだけでいい。

1世代を1年とすると、100万年あれば100万世代を経る。

目のレンズの進化が1%ずつ進んだとして、およそ50万年で完全なレンズにまで発達すると予想される。

捕食生活が目の進化を促したのかもしれないけど、目の進化がカンブリア紀の多様な進化の原動力にもなったと思われる――おそらくその影響で、硬い組織で体を守るようにもなった。

―――ホヤは岩に固着した半透明の袋。

ゆらゆら揺れる色の付いた水管を2つ持っていて、水を出し入れする――その途中で咽頭嚢で食べ物をとる。

ホヤの成体は脊索動物の様には見えないけど、幼生はその様に見える。

ホヤの幼生はオタマジャクシに似ていて、小さな神経系の脳とレンズの無い目を持っている。

未熟な目を頼りに泳いで、いい場所を見つけると頭を固定する。

固着する脳や脊索は必要なくなるので、体が吸収する――そして生涯そこに住む。

ホヤは、私たち脊索動物で最も古くに共通祖先から分かれた――おそらく、5.65億年前頃。

カタユウレイボヤの目はレンズを持っていないけど、脳にクリスタリンを持っている。

脊椎動物でレンズの形成を促す遺伝子が、このホヤの場合脳でも働く。

おそらく、脊索動物の共通の祖先が同じ遺伝子を持っていた――そして、脊椎動物では少なくとも11回は変化している―――

              

ロドプシンは、オプシンとレチナールが結合している。

レチナールはビタミンAから誘導される色素で、結合するロドプシンによって吸収する光の波長が変わる――すべてのオプシンは、同じ分子を祖先に持つと思われる。

私たちは3色で見るので、様々な色を識別できる――4色の人もいる。

鳥類や両生類、爬虫類にサメなどは、4色で見る――5色のもいるらしい。

おそらく脊椎動物の共通祖先は、4色で見ていたのだと思われる。

藻類も植物の様に光合成をする。

ボルボックスは数百個の細胞が集まっている。

光が少ない場所だと鞭毛を動かして移動し、明るい場所に来ると動くのを止める。

そのための感光色素はロドプシンで、ボルボックスのオプシンは脊椎動物と無脊椎動物の両方の特徴を備えている――簡単なこの目は眼点と呼ばれる。

遺伝子のコード部分と非コード部分を合わせた全体の構造も、動物のすべてのオプシンの祖先であると推定される。

10億年くらい前に、シアノバクテリアは植物などの祖先の真核細胞に内部共生した――その後、葉緑体になる。

細菌もロドプシンは持っている――構造は植物と動物の両方に似ていて、遺伝配列は藻類に近い。

動き回る原生動物に、葉緑体を持つものがいる。

葉緑体を持った細胞を飲み込んだらしい――まだ機能するものもあるし、退化した痕跡と特徴的な遺伝子を残したものもいる。

一部の原生動物は、小さな目を持っている。

網膜とレンズと角膜が同じ細胞に詰め込まれていて、退化した葉緑体に由来すると思われる。

動物のロドプシンの祖先が、どのようにして取り込まれたのかは答えは出ていない。

昨年、シネコシスティス属のシアノバクテリアが眼点の様に働くという発見があった。

細胞をレンズにして、細胞膜に像を映すらしい。

高等植物が簡単な視覚を備えていないかも、調べられている。

                                          ヮヮヮヮ  ・・・・・・

             チュチュン

     

森には光が差し込む。

樹冠はゆれていて、小動物の気配もする。

ノロマさん達は、今日はクレープをつくるらしい。

「・・・・」

依頼があれば、私はホットケーキを焼く。

                               ピ ピ ピ

箱イスに、ハットさんが座ってる。

リフは、ノッポさんと辺りの見回りに行ってる。

まだ戻ってない。

家部分の前を通って、荷台に向かう。

今なら、荷台には誰もいないと思う。

「・・・」

足元を見ると、黒猫が私を見た。

りんご食べよう・・・・

              

                            ピチュ

                                               ヮヮヮワワ  ――――

                 

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