2019年、すべてが計画通りに進めば、ずっと遅れていたジェームズ・ウェッブ宇宙望遠鏡がついに軌道に乗ります。 組み立てられると、18枚の六角形の鏡の配列を使って、遠くの銀河からの光を集め、焦点を合わせることになる。 この分割鏡の設計は1980年代に開発されましたが、非常に成功したので、近い将来に建設されるほぼすべての大型望遠鏡に採用されることになりました。 何百万年もの間、ホタテは何十もの目を使って世界を見つめてきました。それぞれの目には、私たちの最も大きな望遠鏡のものと驚くほどよく似た分割された鏡があります。
そう、私たちの食卓を飾る、フライパンで焼いた白い身のホタテです。 あの貝柱は、美しい貝殻を閉じるための筋肉なのです。 生きているホタテを見ると、まったく別の動物に見えるはずです。 貝殻の内側にある肉厚の外套膜に並ぶ数十個の目を使って、あなたのことを見ているのだ。 種類によっては、目が200個もあるものもいる。
目の内部では、奇妙さが深まる。 人間の目に光が入ると、レンズを通過して網膜（光に反応する細胞の層）に焦点を合わせる。 ホタテの目に光が入ると、レンズのようなものを通過しますが、これは…何もしていないように見えます。 その後、2枚の網膜を通過し、さらにその上に重なっていく。 最後に、目の奥にあるカーブミラーに当たり、網膜に反射させる。
サセックス大学のマイケル・ランドは、1960年代に、顕微鏡で目を注意深く観察し、その中で光が通るべき道をたどることで、この多くを発見しました。 彼は鏡を特定し、それが層状の結晶でできていることを示し、その結晶がDNAの構成要素の一つであるグアニンでできていることを示唆したのです。 「サウスカロライナ大学のダニエル・スパイザーは、ホタテの目の研究をしています。「ランドは、非常に単純なアプローチで、ほとんどすべてのことを正しく理解したのです。 「しかし、これまで誰も、無傷の鏡をよく見たことがありませんでした」
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問題は、強力な顕微鏡は、分析する過程でサンプルを脱水する傾向があり、それによって、鏡の結晶の配置が台無しになってしまうということです。 現在、ワイツマン科学研究所のLia Addadi氏は、この問題を回避する方法を発見しました。 ベンジャミン・パーマーとギャビン・テイラーを含む彼女のチームは、サンプルを急速に凍結させる顕微鏡を使用し、内部のすべてを正しい場所にとどめることに成功した。 その結果、ついに鏡の構造を見事に再構築し、ランドのアイデアの多くを確認し、他のアイデアに肉付けを行いました。 この鏡は、幅100万分の1の平らな正方形のグアニン結晶でできており、それらがテッセレーションしてチェス盤のような格子になる。 この格子を20～30個重ね、その間に液体を満たした隙間を設けます。 そして、それぞれの層は、上の層の正方形の真下に正方形がくるように配置されています。 結晶とその隙間の厚さはそれぞれ740億分の1メートルと860億分の1メートルで、この正確な距離によって、鏡は全体として、ホタテガイの水中生息域で優勢な色である青緑色の光を反射するのに長けている。 Credit: Lia Addadi
この構造全体は、精密工学のマスタークラスと言えます。 ペンシルベニア大学で動物の視覚を研究している物理学者アリソン・スウィーニー氏は、「エレガントな物理的ソリューションがあるとき、進化のプロセスはそれを見つけるのが非常にうまいのです」と述べています。 研究室で成長させると、ずんぐりしたプリズムになります。 明らかに、ホタテガイはこの結晶の成長を積極的にコントロールし、結晶を形成する際に形を整えているのです。 グアニン結晶は層状に成長するが、アダディは、ホタテガイが何らかの方法で、各層の向きを上下の層に対して90度ずつずらしていると考えている。 層が外側に向かって成長するとき、その方向は4つだけで、正方形になるのです。
また、鏡は目の中の無生物的な構造物ではありません。 それは生き物なのです。 四角い結晶はホタテの目の細胞の中で成長し、細胞を埋め尽くしていきます。 そして、その細胞がテッセレーションして層を形成しているのだ。 「細胞が死んでしまっては、全体がバラバラになってしまいますから」。 そのため、細胞は内部の結晶の成長を制御するだけでなく、互いに連絡を取り合い、結晶をうまく配置しなければならないのです。 「どうやってそんなことをするのですか？ と彼女は付け加えました。
彼らのトリックが何であれ、それは明らかに結果を出しています。 ホタテガイの視覚は、すぐに私たちのものに匹敵するものではありませんが、基本的に高級な貝である動物としては、期待されるよりもはるかに鋭いものなのです。 Speiser氏は10年前、ホタテを小さな座席に座らせ、漂う食べ物の粒子の動画を再生して、このことを実証した。 その結果、粒子の幅が1.5ミリでも、ホタテは殻を開いて餌にありつこうとした。 「これらの動物が目で本当に素晴らしい画像を形成しているという考えは、私にとって非常に強固なものに感じられます」と、Speiser は言います。
Addadi のチームはまた、ホタテガイの鏡が網膜に対してわずかに傾いていることに気づきました。 その結果、この鏡は、視野の中心からの光を上の網膜に、周辺からの光を下の網膜に集光するのです。 そのためか、網膜は2つある。 9007>
「これは本当に驚くべき研究です」と、同じくホタテの目を研究しているアイオワ州立大学のジャンヌ・サーブ氏は言います。 これは、科学者が長い間取り組もうとして成功しなかった、二重網膜の謎を解くのに役立ちます」
しかし、シュパイザーは完全に納得しているわけではありません。 彼は、目を解剖すると簡単に変形してしまうし、優しく押しつぶすだけでも鏡と網膜の向きが変わってしまうと言うのです。 それでも、この12年間、いくつかのアイデアを試してみたが、これ以上の説明はないとのことである。 「9007>
ホタテ愛好家にとっての次の大きな目標は、ホタテにこれほど多くの目がある理由を解明することだと、彼は付け加えます。 おそらく広い範囲をスキャンすることができるのでしょうが、それぞれの目からの情報を別々に考えるのでしょうか、それともすべてを組み合わせて1つの画像にしているのでしょうか。 何世紀にもわたる研究の末、科学者たちはようやく個々の目がどのように見ているのかを知ることができた。 しかし、「この動物が全体として何を認識しているのかは、まだわからない」と彼は言う
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