How do animals see in the dark? - Anna Stöckl

動物はなぜ暗闇でも目が見えるのか？ ― アンナ・シュトックル

翻訳: Misaki Sato 校正: Tomoyuki Suzuki

To human eyes, the world at night is a formless canvas of grey.

人間の目で見ると夜の世界はいわば 形の定まらない灰色のキャンバスです

Many nocturnal animals, on the other hand,

夜行性の動物の多くは まったく反対に

experience a rich and varied world bursting with details, shapes, and colors.

細部まで明らかで形や色彩に満ちた 豊かで変化に富む世界を経験しているのです

What is it, then, that separates moths from men?

それでは 蛾と人間の間には どんな違いがあるのでしょうか？

Moths and many other nocturnal animals see at night

蛾をはじめとした夜行性の動物は 夜でも目が見えます

because their eyes are adapted to compensate for the lack of light.

それは 不十分な量の光を補うように 目が適応しているからです

All eyes, whether nocturnal or not,

夜行性であれ 昼行性であれ どんな目でも

depend on photoreceptors in the retina to detect light particles,

光子として知られる光の粒子を検知する

known as photons.

網膜の光受容体に依存しています

Photoreceptors then report information about these photons to other cells

光受容体はこれらの光子の情報を

in the retina and brain.

網膜や脳内の他の細胞に伝えるのです

The brain sifts through that information and uses it to build up an image

これらの情報を脳はふるいにかけ 目が受けた周囲のイメージを

of the environment the eye perceives.

築くのに使用します

The brighter the light is, the more photons hit the eye.

明るい光ほど より多くの光子が目に入射します

On a sunny day,

天気のいい日は

upwards of 100 million times more photons are available to the eye

曇りの日や月の出ていない夜の １億倍以上の光子が

than on a cloudy, moonless night.

目に入ってきます

Photons aren't just less numerous in darkness,

暗い所では 光子の量が少ないだけでなく

but they also hit the eye in a less reliable way.

目への当たり方も不安定になります

This means the information that photoreceptors collect

つまり 光受容体が受け取る情報は

will vary over time,

時間と共に変化し

as will the quality of the image.

画像の質もこれに影響されます

In darkness, trying to detect the sparse scattering of randomly arriving photons

暗闇では 昼行性の動物の多くにとって

is too difficult for the eyes of most daytime animals.

ランダムにやって来る 光子を検知するのは難しいのです

But for night creatures, it's just a matter of adaptation.

しかし 夜行性の生物にとっては 適応の問題にすぎません

One of these adaptations is size.

この適応方法のひとつが大きさです

Take the tarsier, whose eyeballs are each as big as its brain,

例えば メガネザルの目玉は 自分の脳と同じぐらいの大きさで

giving it the biggest eyes compared to head size of all mammals.

目の大きさの 頭の大きさに対する比は 哺乳類の中で最大です

If humans had the same brain to eye ratio, our eyes would be the size of grapefruits.

同じ比率の目玉を人間が持っていたとすると グレープフルーツぐらいの大きさになります

The tarsier's enlarged orbs haven't evolved to make it cuter, however,

可愛くなるためにメガネザルの目玉は 進化したわけではなく

but to gather as much light as possible.

可能な限り光を集めるべく進化しました

Bigger eyes can have larger openings, called pupils,

目が大きいと 光彩と呼ばれる開口部や

and larger lenses,

レンズが大きくなり

allowing for more light to be focused on the receptors.

より多くの光が受容体に 集まるようになります

While tarsiers scan the nocturnal scene with their enormous peepers,

メガネザルが巨大な目で 夜間の光景を見ることができるのと同じく

cats use gleaming eyes to do the same.

ネコはその光る目で同じことができるのです

Cats' eyes get their shine from a structure called the tapetum lucidum

ネコの目の輝きは光受容体の後ろにある

that sits behind the photoreceptors.

反射板という構造体によるものです

This structure is made from layers of mirror-like cells containing crystals

この構造体は 水晶を含む鏡状の 細胞の層でできていて

that send incoming light bouncing back towards the photoreceptors

入ってきた光を光受容体に反射して

and out of the eye.

目の外に送り出します

This results in an eerie glow,

その結果 目が光ったように見え

and it also gives the photoreceptors a second chance to detect photons.

また 光受容体が光子を検知するチャンスを もう一度与えるわけです

In fact, this system has inspired the artificial cats' eyes we use on our roads.

実際 このシステムは 道路上の反射板のヒントになりました

Toads, on the other hand, have adapted to take it slow.

ヒキガエルはゆっくりと 反応する事で適応しました

They can form an image

ヒキガエルは個々の受容体に

even when just a single photon hits each photoreceptor per second.

１秒当たり１つの光子が当たるだけでも 画像を構成できるのです

They accomplish this with photoreceptors

この能力は人間の光受容体よりも

that are more than 25 times slower than human ones.

25倍以上も遅く反応する光受容体により 獲得されました

This means toads can collect photons for up to four seconds,

つまり ヒキガエルは最大４秒かけて 光子を集めることができるので

allowing them to gather many more than our eyes do

各シーンにつき 私たちの目よりも

at each visual time interval.

多くの光子を集めることができるのです

The downside is that this causes toads to react very slowly

そのかわりヒキガエルの反応は 鈍くなってしまいますが

because they're only receiving an updated image every four seconds.

これは画像が４秒ごとにしか 更新されないからです

Fortunately, they're accustomed to targeting sluggish prey.

幸い 動きが鈍い獲物を 狙うのに慣れています

Meanwhile, the night is also buzzing with insects,

一方 夜にはスズメガなどの

such as hawk moths,

夜空の下でも花の色を識別できる

which can see their favorite flowers in color, even on a starlit night.

昆虫も活動しています

They achieve this by a surprising move -

この驚くべき進化は

getting rid of details in their visual perception.

視覚受容体が詳細を省くことで 成し遂げられました

Information from neighboring photoreceptors is grouped in their brains,

隣り合った光受容体からの 情報は脳でグループ分けされるので

so the photon catch of each group is higher

各受容体が受け取る光子の量と比較すると

compared to individual receptors.

各グループが検知する 光子の量は多くなります

However, grouping photoreceptors loses details in the image,

詳細な画像には 光受容体の細かな格子が必要なので

as fine details require a fine grid of photoreceptors,

空間の小さな点として 検知された各光子は

each detecting photons from one small point in space.

受容体のグループ化により 画像の詳細を失いますが

The trick is to balance the need for photons with the loss of detail

ここで重要なのは必要に応じたバランスを 取ることであり 詳細を犠牲にして

to still find their flowers.

花を見つけられるようにしています

Whether eyes are slow, enormous, shiny, or coarse,

処理が遅かろうと 目が大きかろうと 目が光ろうと 画像が粗かろうと

it's the combination of these biological adaptations

これらの生物学的適応の組み合わせにより

that gives nocturnal animals their unique visual powers.

夜光牲動物に独特の視覚パワーを 与えているのです

Imagine what it might be like to witness through their eyes

日が沈んだ後に目覚める世界は

the world that wakes up when the Sun goes down.

彼らの目で見るとどんな感じかを 想像してみてください