これらの恐ろしい深海魚は、当たる光のほとんどを吸収します

カリフォルニア州モントレー湾沖で、海洋生物学者カレン・オズボーン氏とその同僚たちは、調査船ウエスタンフライヤー号に揺られながら、深海魚を水面まで引き上げ、カタログ作成と写真撮影を行っていた。オズボーン氏は、その名の通り、ずんぐりとした涙滴型の体に、大きく尖った歯がびっしりと生えた、牙を持つ生き物を捕獲した。特注のストロボライトと水槽の上に設置したカメラを使い、彼女はこの希少な標本を科学的に撮影することに成功した。

しかし、彼女がその牙魚をカメラの前に持ってくると、それはまるで生きたブラックホールと化した。輪郭は見えたものの、細部は見えず、まるで光を飲み込んでいるかのようだった。「写真を撮ろうとしたのですが、シルエットしか撮れませんでした」とオズボーンは言う。「ひどい写真でした」

深海魚の撮影はこれが初めてではなかったため、操作ミスではないはずだ。しかし、ちょっと待て、とオズボーンは思った。「以前にも深海魚の写真を撮ろうとしたことがあったのですが、どれも細部が全く見えない、ひどい写真ばかりでした」と彼女は言う。「ストロボライトを2つ当てても、光が全部消えてしまうなんて、一体どういうことなのでしょう？」

ファングトゥースが姿を消すのは、オズボーン氏らがこれまでに発見した他の15種と同様に、この魚が「超黒」の体表でカモフラージュしているからだ。これは、光をほぼ吸収する有名な人工素材、ベンタブラックの深海版と言える。これらの魚は、驚異的な効率で超黒くなるための、非常に巧妙で独自の進化を遂げている。研究者らが発見したある種は、当たる光の99.956%を吸収し、ベンタブラックとほぼ同程度の黒さを呈する。

「極端に黒い魚がいるなんて、全く知りませんでした」と、Current Biology誌に掲載された今回の研究成果をまとめた論文の筆頭著者であるデューク大学の生物学者、アレクサンダー・デイビス氏は語る。「私たちの知る限り、極端に黒い脊椎動物は、このオウチュウと他の数種の鳥類だけでした。これほど黒いものがカモフラージュとしても実際に使われているという、初めての事例です。」

太陽光が200メートルの深さまで届かないのなら、なぜこれらの魚は動物界で最も黒い体色でカモフラージュする必要があるのか​​と不思議に思うかもしれません。しかし実際には、深海はバクテリアから魚、イカに至るまで、生命の樹上に存在する生物が発する生物発光という形で光り輝いているのです。（研究者たちは水深2,000メートルまで標本を採取しました。）

この光のショーには様々な目的があります。餌になることに慣れた生き物の中には、発光する粘液を吐き出して捕食者を混乱させたり、体に付着させて捕食者を自分の天敵だと認識させたりします。深海魚の中には、顔から発光する光線を発射する種もいます。これは餌を見つけるためのサーチライトのようなものです。おそらく最も有名なのは、アンコウが光るルアーを使って獲物をその鋭い口に引き寄せる様子です。そして、真っ暗闇の中で、交尾相手を見つけるために、看板のように光り輝く種もいます。

「全く明かりのないシェルターにいて、仲間を探さなければならない状況を想像してみてください。懐中電灯があればいいのに、そう思いますよね？」と、スクリップス海洋研究所で生物発光を研究しているディミトリ・デハインは問いかける。彼は今回の研究には関わっていない。「あそこでは光が爆発的に広がっていますが、それは生物発光です。そしてほとんどの場合、その光は主に青色光です。なぜなら、この海域で最も遠くまで届くのは青色光だからです。」

しかし、問題があります。この光は獲物と捕食者の両方の注意を惹きつけてしまうのです。もし獲物が、ぶら下がったルアーで照らされたアンコウの顔を見ることができたら、もう釣れません。あなたの顔に、獲物を見つけるのに役立つヘッドライトが付いている場合も同様です。「当然のことながら、獲物に顔全体に光が当たるのを見せたくはありません」とデイビス氏は言います。「ですから、頭が真っ黒になれば、光は獲物に届かず、射程圏内に収まる可能性が高くなります。」

では、これら16種の極黒の魚たちはどのようにしてこれほど巧みにカモフラージュできるのでしょうか？それはメラニン、つまり人間の皮膚の色と同じ物質によるものです。これらの魚の皮膚には、メラノソームと呼ばれる細胞小器官の層がぎっしり詰まっており、それ自体にもメラニンが豊富に含まれています。

しかし、大量のメラニンだけでは、これらの魚をベンタブラックの暗さに匹敵させることはできません。ハナショウビンやその仲間に光を当てると、メラノソームは光子の大部分を即座に吸収します。「しかし、吸収されなかった光子は層に側方散乱し、そのすぐ近くに密集している隣接する色素に吸収されます」とオズボーン氏は言います。「そこで彼らは、色素粒子だけで光トラップを構築できる、超効率的で非常に小さな物質システムを作り出したのです。」

「ガムボールマシンのようなもので、中のガムボールはすべて、光を閉じ込めるのにぴったりのサイズと形になっています」とデイビス氏は付け加える。「一度入った光は、小さなボールの間を跳ね回り、出てこなくなります。」

驚くべきことに、これら16種のヴァンタフィッシュ（少なくともオズボーン氏とデイビス氏がこれまでに発見した16種）には、この技を進化させ、進化の末裔に伝えた共通の祖先が一人もいませんでした。各種は独立してこの技を進化させたため、光の吸収方法がわずかに異なり、皮膚におけるメラノソームの配置も異なっています。

「中にはただ大きな塊になっているものもあれば、三層のものもあれば二層のものもあります。非常に厚い層のものもあれば、薄い層のものもある。つまり、種によって、実際にどのようにこの構造を実現しているかに微妙な違いがあるのです」とオズボーン氏は言う。

これらの魚類の皮膚は、深海における生物発光の大部分を占める青色と緑色の光を吸収するように特別に調整されています。しかし、これらの種は、その超黒さを様々な目的で利用しています。獲物がハンターから身を隠すため、あるいはハンターが獲物から身を隠すためです。興味深いことに、その種の一種であるイトヨリトカゲは、幼魚の時だけ超黒色です。なぜでしょうか？それは、小さくて無防備な幼魚は捕食者から身を隠す必要があるからです。成魚になると、イトヨリトカゲは体長30センチ以上に成長し、身を隠す対象がそれほど多くなくなります。食物連鎖の上位に位置するからです。

さらに、研究者たちは、一部の種が極めて黒い腸壁を持っていることを発見しました。これは、発光する獲物を捕食した際にランタンのように光るのを防ぐためだと考えられます。「お腹の中で驚いて発光するか、あるいは消化中に化学物質が放出されて発光を始めるかのどちらかです」とオズボーン氏は言います。「お腹が光る状態で泳ぎ回りたいとは思わないでしょう？そんなの面倒なことになるだけですよ」

お腹を空かせたまま泳ぎ回るのも避けたいものです。サンゴ礁には大量の魚が群がり、捕食者に豊富な選択肢を与えています。しかし、広大な深海では獲物が比較的少ないため、捕食者は獲物を確保するためにより大きなプレッシャーにさらされています。「極端に黒い体色は極端に思えますが、なぜ彼らはあれほど多くのエネルギーと進化の時間を費やして、あれを作るのでしょうか？」と、カリフォルニア科学アカデミーの魚類学芸員、ルイス・ロチャ氏は問いかけます。ロチャ氏は今回の研究には関わっていません。「もし彼らがこれほど極端に黒くなくても、比較的目立たない体色だったでしょう。その理由は、獲物が非常に少ないため、接触するあらゆるものをほぼ100%捕獲できるほど、非常に効率的に行動しなければならないからだと思います。そうでなければ、彼らは餓死してしまうでしょう。」彼らの形態上の他の奇妙な特徴も、この必死さを物語っています。アンコウのような種は、暗闇の中で偶然見つけたものを何でも食べるために、巨大な口と腹を持っています。

これらの魚は、超黒さを実現するために、興味深いハイブリッドなアプローチを進化させてきました。超黒色のフウチョウチョウウオを考えてみましょう。彼らの羽はもともと濃い色素を持っていますが、光を反射してより多くの光子を吸収する小さな樹木のような構造も利用しています。対照的に、多くの種類のフウチョウチョウウオは、同じ効率で光を吸収するために2in1アプローチを採用しています。メラノソームは色素であると同時に、光をすべて吸収する構造でもあります。「これにより、全体がはるかにシンプルになります」とデイビスは言います。「ですから、何らかの技術的な目的でこれを模倣しようとする場合、今ではたった1つの部品を製造するだけで済みます。」

対照的に、人工の超黒色材料はカーボンナノチューブを利用しています。カーボンナノチューブは光子を閉じ込める小さな円筒状の物質で、製造が非常に困難です。「最終的に得られる物質は非常に脆く、信じられないほど黒い物質ですが、脆い物質です」とデイビス氏は言います。「ここでは、ナノ粒子のランダムな集合体によって、ほぼ黒に近い物質が生成される様子を基本的に見ています。特別な構造的配置は必要ありません。理論上、適切なサイズと形状のナノ粒子を作れれば、あらゆるものをコーティングできるはずです。」

ヴァンタフィッシュの黒魔術を商業化しようとする企業はまだない。しかし、もしかしたら未来の超黒素材は、表面だけのものなのかもしれない。

この記事はもともとWIRED USに掲載されたものです。

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。