あなたの防振能力は鶏ほど良くないかもしれない

制作：中国科学普及協会

著者: 郭飛煙台大学

プロデューサー: 中国科学博覧会

数年前、ある自動車ブランドは、自社の車が鶏の頭と同じ安定性を持っていることを示すために、鶏を使って広告を撮影しました。それ以来、鶏の頭の奇跡的な安定に関する短編動画が、大手動画サイトに次々と登場し続けている。このことから、チキンヘッドスタビライザーの効果はまさに「エンタープライズレベル」であることがわかります。

定点移動、随伴移動、自律移動のいずれにおいても、人間の最先端の技術に劣るものではなく、海外では鶏専用の頭部装着型カメラ装置を開発する人もいるほどです。残念なことに、既存の技術では鶏の頭の方向を制御できず、「鶏雲プラットフォーム」の面白い特性は技術的な特性よりもはるかに大きいです。

GIF: とにかく動かないでください! (ビデオソース: SmarterEveryDay)

正直に言うと、鶏の頭は本当にとても安定しています。それで疑問なのは、なぜ鶏の頭はそんなに安定しているのかということです。他の鳥もこんなに安定している頭を持っているのでしょうか？

1. 鳥の並外れた才能

鶏頭の安定性は主に2つの側面に反映されます。まず、体を固定すると、体をどのように動かしても、頭は空間内の一点に固定されたままになる傾向があります。第二に、鶏に携帯用カメラを装備させて自由に歩かせると、撮影した画像が比較的安定していることがわかります（もちろん、鶏の頭の突然の向きを制御することはできません）。

体の構造の観点から見ると、鶏の頭は、まず第一にその柔軟な首のおかげで、そのような特別な能力を持つことができます。鳥類は一般的に頸椎が 13 個または 14 個あり、これは人間 (7 個) を含むほとんどの哺乳類よりもはるかに多い数です。鳥類の中には、頸椎が 25 個あるものもあります (白鳥など)。これにより、鳥の頭は、最後の頸椎を中心とし、首の長さを半径とする球体内で自由に動くことができます（もちろん胴体は除きます）。多くの鳥の頭はほぼ 360° (左右に 180°) 回転することができます。

典型的なハトの骨格（画像出典：Wikipedia（左））

しかし、首が柔軟であるということは、鶏の頭を所定の位置に固定できるということだけを意味し、鶏がなぜ所定の位置に固定できるのかを説明するものではありません。実は、鶏の行動は、周囲の景色をできるだけ鮮明に見ようとするだけであり、あるいは、景色を鮮明に見たいという本能ともいえます。

具体的には、ほとんどの鳥類と同様に、鶏は頭の容積の大部分を眼球が占めており、視覚系がよく発達しています。彼らは視力が優れているだけでなく、視覚関連の信号を処理する脳の領域も非常に広いです。しかし、残念なことに、鳥の目自体の可動性は非常に限られています（具体的な理由については後で詳しく説明します）。

人間の目は眼窩の中で柔軟に動くことができ、頭が完全に静止しているとき、両目の最良の視野は正面で 120 度の角度の円錐面まで届きます。しかし、鳥の眼窩内の目の動きの範囲は非常に限られているため、ほとんどの場合、鳥が目の前を動く物体を最良の視力で見たい場合、眼球を回転させるのではなく、首をひねることによってのみ見ることができます。

ここで注目すべきは、いわゆる最適視野とは、視覚解像度が最も高い小さな領域を指すということです。例えば、人間の目は正面を見たときの視野全体が 180 度以上になりますが、最も視野が広いのは視線が集中している狭い範囲（約 40 度）だけです。この領域の外では、人間の視力は実際に急速に低下します。

鳥の視界範囲の比較、画像出典：著者自作

上の写真は、ワシミミズクとイワシミミズクの視覚範囲を比較したもので、猛禽類（前者）は前方両眼立体視がよく発達しているが、後方視力が弱いことがわかります。普通の鳥は全方向視力が発達していますが、前方両眼の立体視力は弱いです。

鶏の両目は頭の両側に位置しているため、両眼視力は非常に悪いです。しかし、両側の目はそれぞれ 180° の視野を提供するため、鶏の視野範囲はほぼ 300° になります。しかし、両眼視を形成できる正面の視野の範囲は 5° 未満である可能性があります。猛禽類を除くほとんどの鳥類では、最も敏感な視覚領域は両眼の眼球の中心付近にあります。同時に、真正面の両眼視領域は、鳥にとって比較的視力が良好な領域でもあります。簡単に言えば、鳥は正面と両側の中央にある物体を同時に見ることができます。

2. 目の動きか頭の動きか?これは本当の問題だ

さて、目の前に静止した物体が置かれ、体を少し動かしながらその静止した物体を見つめるように言われたら、私たちはどうするでしょうか。もちろん、体の動きによって最適な視野が対象物から外れないように、眼球を回転させるためです。上記の実験を鶏で繰り返すと、鶏は目の前の物体をはっきりと見るために、頭を固定したまま柔軟な首を使って体の変位を補正しようとします。

動いている物体よりも静止している物体を見る方が明らかに簡単ですが、動きは相対的です。時々、動いているのは目の前の物体ではなく、私たちの体そのものです。物体が動いていても、体が動いていても、動きが大きくない場合は、人間は見たい対象を見るために頭を動かしたり振り向いたりする必要はなく、眼球を動かすだけで済みます。鶏の眼球はあまり動きませんが、首は柔軟なので、体の位置を調整する必要はありません。首を動かすだけです。

鶏の頭の位置を特定したい場合、鶏がじっと見つめられるように、鶏の目の前に固定したターゲットを置く必要があるのか​​と疑問に思う人も多いでしょう。必ずしもそうとは限りません。必ずしも特定のオブジェクトである必要はありません。鶏の頭自体が持つ視野は、鶏が今この瞬間にはっきりと見たい絵そのものである。画像を静止させ、見やすくするために、鶏は自然に柔軟な首を使います。結果から、頭も体も動かず、首だけが動いたことがわかります。

3. 鶏は歩くときに首を伸ばすが、これは実は視覚を強化する方法である

次に、鶏が歩くときに頭が安定しているかどうかを確認しましょう。鶏の頭に取り付けられたカメラからの画像を見ると、鶏が歩いているときでも頭で撮影した画像は非常に安定しており、少なくともジンバルなしで手持ちカメラを使用する人間のレベルをはるかに上回っていることがわかります。人間は2本足で、鶏も2本足で、私たちは皆二足歩行の動物ですが、結果は非常に異なります。実際、鶏や鳩の歩行姿勢に注意を払ったことがあるなら、上半身と首を動かさずに交互に前進するのではなく、首が絶えず伸びたり引っ込んだりしていることに気づくでしょう。

この独特な歩行姿勢のおかげで、鶏の頭部に取り付けられたカメラは、鶏が動いているときでも安定した映像を確保できるのです。この理由は、鶏の視覚形成メカニズムと密接に関係しています。動物学者は約 50 年前に鶏やハトの歩行姿勢の背後にある科学を研究し始め、いくつかの非常に巧妙な実験を用いて視覚と歩行の密接な関係を実証しました。例えば、科学者はハトをトレッドミルの上を歩かせました。このとき、鳩の視界内の風景は実際には変化せず、足だけが動きます。

ここで興味深いことが起こります。ハトは歩いている間、体と首を一定の位置に保っているのです。他の実験では、赤外線カメラの前を歩くニワトリも、目が光を感知できない暗い部屋にいる場合は首を動かさなかった。

その後、人間画像科学の発展に伴い、カメラや映像処理に関するソフトウェアやハードウェアが急速に普及し、同様の研究を行う人も増えました。鶏やハトが歩くとき、最初に前方に伸びる部分は首であることがわかっています。首は体の前に伸びています。頭が比較的固定された後、2 本の足がそれぞれ 1 歩ずつ前方に伸びます。両足が一歩踏み出すとき、頭はほとんど静止しています。次に、再び頭を前に傾けて繰り返します。

頭が前方に動くと目も動きますが、これは理想的な視覚状態ではありません。したがって、頭部の急速な前方移動は、全体の移動期間のわずかな部分を占めます。頭を前に伸ばした後、前方の体を待ち、体がそれに従う間、首の調整により比較的静止したままでいることができます。このプロセスは視覚的に安定しており、演習全体を通してより長い時間がかかります。

鳩の歩き方のスローモーションアニメーション（写真提供：著者撮影）

以上の実験から、鶏や鳩が首を絶えず前後に動かしながら歩く姿勢をとるのは、周囲の景色をよく見るため、あるいは周囲の景色がはっきり見える時間をできるだけ長くし、はっきり見えない時間をできるだけ短くするためであることが分かります。動物行動の観点から見ると、この行動の根本的な理由は、最小限のエネルギー消費で可能な限り最良の視力を長く維持することです。視力が良好な場合（歩行機械など）、または視力がまったくない場合（暗い部屋など）は、ハトやニワトリがこの歩行方法を採用する必要はありません。

4. 他の鳥もニワトリのようにジンバルに変形できますか？

すると、ハトやニワトリ以外の鳥も同じ行動を示すのかという疑問が生じます。はい、そしていいえ。頭を動かさずに首をジンバルとして使って体の動きを補正するのは、鳥類によく見られる行動です。しかし、ハトやニワトリの歩き方はすべての鳥に共通するわけではありません。この背後にある理由は非常に深い科学的問題であり、ここでは定性的な説明のみを行います。

さまざまな鳥（画像出典：Wikipedia）

まずネックジンバルの問題についてお話しましょう。実際、鶏だけでなく、すべての鳥が多かれ少なかれこの行動を示します。たとえば、風に吹かれて枝の上に止まっているカワセミの場合、枝は揺れ続けているのに、カワセミの頭は動かないままです。

進化論の観点から、鳥のこの習性をどのように理解すべきでしょうか?前述のように、柔軟な首は鳥の賜物であり、柔軟性のない目は鳥の欠点です。なぜ鳥の目はそれほど柔軟に進化しなかったのでしょうか?鳥は群れで飛ぶことに自然に適応しており、飛ぶためには可能な限り軽い体重と最も流線型の体が必要です。したがって、カバのような比率の巨大な頭は、飛行のための力学的要件を満たさないことは明らかです。

同時に、飛ぶためには良い視力が必要なので、鳥は比較的視力が発達しており、目が頭のかなりのスペースを占めています。優れた視力を持つ他の多くの種は、2 つの目を独立して回転させることができるカメレオンのように、正確で柔軟な目を持っています。しかし、このような大きな目には、必然的に多数の眼球運動筋と、それを支える十分な空間レイアウトが必要となるため、カメレオンの眼球は実際には頭部の表面から突き出ていることになります。しかし鳥の場合、頭が小さいためそのような贅沢な構造を収容する場所がないのは言うまでもなく、突き出た眼窩と眼球は飛行中に抵抗を生じさせます。

カメレオンの目は独立しており、自由にさまざまな視点に向けることができます。

画像出典: Wikipedia

さらに、鳥類は非常に発達した強膜輪を持っています。強膜輪は眼球を鎧のように守る、眼球を囲む硬い構造の集まりです。鳥は飛んでいるときに風圧の影響を受け、眼球がある程度変形します。強膜輪の存在により、鳥の眼球は本来の形状を維持し、飛行中の視界をより確実に確保することができます。しかし、この装甲の存在により、鳥の眼球の柔軟性はさらに低下します。

いくつかの猛禽類の頭蓋骨と強膜輪が示されています（写真提供：著者撮影）

そのため、鳥の目はよく発達しているものの、その統合と特殊化が進みすぎているため、いくつかの側面で縮小する必要がある。その結果、鳥の首は眼球自体の可動性の低下を補うためにますます柔軟になりました。

シロエリマキバシリの瞬膜（鳥の目の飛行へのもう一つの適応）

画像出典: Wikipedia

5. 鳥の歩き方は複雑で多様だが、その理由は単純である

鳥の歩き方についても、進化論から答えを探すことができます。現実の世界では、鳥はさまざまな歩き方をします。ハトやニワトリは頭を前後に伸ばすほか、小鳥は両足で跳ねたり、アヒルは両足で交互に地面を叩きながら左右に体を揺らしたりします...ハトやニワトリの歩行分析を読んだ後、他の鳥もできるだけ長く視界をクリアに保つ必要があるのではないかと思う人も多いでしょう。答えはもちろんそうですが、鳥の大きさや習性は大きく異なるため、一般化することはできないことに注意することが重要です。

例えば、小さくて軽い鳥は跳びはねながら歩くため、空中にいるときに周囲の物体を目ではっきりと見ることが難しくなります。しかし、体は軽く、ジャンプの仕方も素早く、エネルギーを節約できます。必要に応じて立ち止まって観察し、目標を確認したら素早く前進する必要があり、これは最終的に非常に効率的です。鶏やハトは地面で餌を探すことが多く、体が大きいため小鳥のように「光らせる」ことができないため、いつでも餌を見つけられるようにただ歩いて探す方がよいでしょう。カモは水鳥なので、餌を探すために道路を歩くことは必ずしも必要ではないので、歩く姿勢はだらしなく、ただ二本の足を前後に動かして素早く水に入るだけです。

マガモ（画像出典：Wikipedia）

ツルなどの水鳥も水のある場所に生息し、餌を探しますが、周囲の状況をできるだけ効率的に観察するため、餌を探すときの歩行姿勢はニワトリやハトと同様です。アカアシカモメが普通に歩くときは、一度に 2 本の足だけを使い、首を前後に動かすことはありません。しかし、食べ物を探す必要があるときは、首を前に伸ばすこともあります。また、魚を捕まえるために水中に飛び込む必要がある鳥の中には、頭を前に傾け、水中でも体を追従させる泳ぎの姿勢をとるものもいます。彼らの意図は、周囲の環境をできるだけ長くはっきりと見続けることです。

夏（左）と冬（右）の成鳥のユリカモメ

画像出典: Wikipedia のアカガモの項目

もちろん、鳥の歩行姿勢は習性や採餌方法、体型などと関係するだけでなく、バ​​ランス感覚の維持などの要素も考慮する必要があります。それは単純にまとめられる問題ではありません。

鳥は自分たちに適した進化の道を選び、最終的に地球の空を占領することに成功しました。鶏の頭の安定性と鳥の歩き方は、どちらも進化の根源を持っています。今後、鳥に出会ったときには、その歩き方に注目し、その習性や体型からなぜその歩き方をするのかを分析してみるといいかもしれません。よく考えてみると、そこには無限の楽しみがあるのです！

参考文献:

1. 骨格系の図解（骨格系）脊椎動物
https://zhuanlan.zhihu.com/p/166289725

2. 動物の目と視覚

http://www2.tbb.t-com.ne.jp/mark/siya.html

3. 犬や鳥は世の中では人間と同じ存在であり、同じように見られているのでしょうか？ 〜第1部「眺め」〜

https://ist-ud.iseto.co.jp/?p=1385

4. 水平視野角

https://style.nikkei.com/article/DGXNASDG06030_W3A101C1000000

5.鳥類・鳥類の世界とは？人間の目の機能は驚くべきものだ

https://logmi.jp/business/articles/157552

6. ハトはなぜ头を真りながら歩くのか?

https://epinesis.net/archives/69560457.html