魚はなぜ頭を下げて泳ぐのでしょうか？

魚はなぜ頭を下げて泳ぐのでしょうか？

頭が大きすぎて重心が前に出すぎているからでしょうか？

それとも、自分の容姿に自信がなくて、ただ控えめでいたいだけなのでしょうか?

実際のところ、どちらも真実ではありません。

新たな研究により、彼らは周囲の物事に邪魔されたくないだけであり、ただ「より安定した生活」を望んでいるだけであることが確認された...

これは実は、人が歩いているときに歩道を見下ろすのと同じ理由です。

「ゼブラフィッシュの自然生息地におけるオプティックフローが視覚的自己運動推定における空間バイアスを裏付ける」と題された関連研究論文が、科学誌「Current Biology」に掲載されました。

「邪魔しないで」

この研究は、ゼブラフィッシュの脳、自然環境、空間的に変化する遊泳行動の複数のシミュレーションを単一の計算モデルに統合した初めての研究です。

モデル分析の結果は、前進しながら下を向くというこの「癖」が、魚の適応行動に過ぎないことを示しています。

魚は流れに逆らって泳ぐときなどに体を安定させるためにこれを進化させました。

水が動いているとき、魚は動く水に流されないように、その場に留まろうと懸命に努力します。
周囲を見ながら水中を泳ぐと、動いているような錯覚を起こします。

頭を下げて川底を見ながら泳ぐと、その時の泳いでいる方向やスピードをより正確に判断できます。

この点について、論文の筆頭著者であり責任著者でもあるノースウェスタン大学のコンピュータサイエンス助教授、エマ・アレクサンダー氏は次のように述べている。

「まるで、止まっている電車の車両に乗っていて、隣の電車が駅から動き出すと、自分も動いていると勘違いしてしまうようなものです。」

「別の電車の視覚的な手がかりは、あなたがじっと座っているという事実を無視します。」

つまり、泳いでいる魚にとっては、周囲に誤解を招くような動きの信号が多く存在し、最も信頼できる信号は川底から来るものなのです。

インドへ行こう

それを知るために、アレクサンダー氏のチームとその協力者は、広く研究されているモデル生物であるゼブラフィッシュを研究した。

多くの研究室がゼブラフィッシュを飼育していますが、彼らはこの研究をゼブラフィッシュ本来の環境で実施したいと考えていました。

「最近、魚は上からの動きよりも下からの動きに強く反応することが発見されました。私たちはこの謎をさらに深く掘り下げて、その理由を理解したいと考えました。」

「本来の生息地が彼らの脳と行動の進化を形作っており、私たちはその源泉に立ち戻ってこの生物が発達した背景を調査する必要がある」とアレクサンダー氏は説明した。

そこで彼らは撮影機材を持ってインドに来ました。

彼らはインドの7か所を訪れ、ゼブラフィッシュが自然に生息する浅い川のビデオデータを収集しました。

彼らは360度カメラを防水の水中ケースに収め、遠隔操作のロボットアームに取り付け、そのアームを使ってカメラを水中に降ろして移動させた。

「魚の目があるべき場所に『目』を配置し、魚が見ているものを私たちが見るようにしたのです」とアレクサンダー氏は語った。

「ビデオデータから、仮想シナリオをシミュレートし、現実世界の環境で魚が任意に動く様子をシミュレートすることができました。」

ゼブラフィッシュ: 待っててね! ！

研究室に戻ると、アレクサンダー氏のチームとその協力者は、LED ボール内のゼブラフィッシュの動きも追跡しました。

魚は視野が広いので、人間のように目を動かして周囲を見回す必要がありません。

そこで研究者たちは光を通して運動刺激を与え、魚の反応を観察しました。

水槽の底に模様が現れると、魚が動く模様に沿って泳ぐことが観察されました。

これは、魚が下を向くことで視覚的な手がかりを得ていることを示唆しています。

「縞模様が動くビデオを再生すると、魚も縞模様に合わせて動きます。」

「まるで彼らが『待って』と言っているようで、私たちは彼らの尻尾の振り方を数えました。彼らが尻尾を強く振れば振るほど、動く縞模様に追いつこうとしているのです。」

彼らはビデオからデータを抽出し、それを魚の脳内で動きの信号がどのように符号化されるかに関するデータと組み合わせた。

次に、研究者たちはデータセットを、オプティカルフロー、つまり目やカメラのレンズで観察される動きを研究するために使用される 2 つのアルゴリズムに入力しました。

最終的に、野生と研究室の両方において、ゼブラフィッシュは前方に泳ぐときに下を向いていることがわかった。

図 |ゼブラフィッシュの幼生の遊泳は、視野の下部からの信号によって駆動されます。 （出典：本論文）

したがって、Alexander et al.記事の冒頭で述べた結論に達した。

魚は下を向いて周囲の動きを読み取り、流れる水に流されないように泳ぎます。

水面は常に動いており、他の魚や植物も同様に動いています。魚はこの情報を無視して、さらに下にある信号に集中したほうがよいでしょう。

川底には凹凸が多く、魚は追うことができる強い特徴を見ることができます。

さらに研究チームは、この研究結果により魚の行動をある程度理解できるだけでなく、人工視覚システムや複雑なバイオニックロボットの設計にも役立つ情報を提供できるとも述べている。

「魚にヒントを得てロボットを作っているとしたら、その構造だけを見て、『目が一方向を向いているから、カメラも一方向を向く必要がある』と思うかもしれません。」

しかし、魚が目を横に向けるのは、狩りをするときは上を向き、泳ぐときは下を向いてバランスを取っているためであることが判明しました。

参考文献:

https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(22)01617-7