生物はどのようにして青色の身体になったのか?

 オオルリコルリルリビタキと共に「青い鳥」御三家。また、ウグイスとコマドリと共に日本三鳴鳥のひとつ。色も鳴き声も優れた鳥で、妙高市の市鳥である。そのオオルリの青はどのような青なのだろうか。

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 大きな翅をもち、翅の表側に金属光沢をもつのがモルフォチョウ(写真はディディウスモルフォ Morpho didius)の特徴。この光沢はほとんどの種類で青色。翅の表面にある櫛形の鱗粉で光の干渉が起き、光沢のある青みが現れる。鮮やかな翅の色を持つのは雄で、ほとんどの雌は雄よりも地味な茶色か青みが少ない。

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兵庫県立大学高度産業科学技術研究所の松井真二教授は、その鮮やかな青い色「メタリックブルー」を人工的に再現することに成功。モルフォチョウの色は羽根の表面の微細構造によるが、それに似た微細構造を最先端のナノテクを駆使してシリコン基板の上に作ることに成功した。  およそ6億年前まで、地球上の生き物には色は存在しなかった。色を見る目を持つ生き物が存在しなかったからである。当時海を漂っていた生き物は、太陽の光を感知できたが、色を感じるための器官は何も持っていなかった。その後、海の捕食生物が視覚を発達させていった。その眼で、獲物を見つけ、捕食したのである。の居場所を確認するようになったのだ。被食者もこのままではいられない。進化して適応しなければならなかった。さらに、色はカモフラージュだけでなく、自分を健康的や魅力的に見せてパートナーを得るのにも使われることになる。数百万種が何回か大量絶滅を繰り返した後、ヒレや毛皮、羽毛を持つ生物は数百色に及ぶ多種多様な色を持つようになった。  動植物が持つ色は、特定の波長の光を強く吸収する色素に起因している。多くの色素は着色以外の方法にも有用で、例えばメラニンの微粒子は鳥の羽毛の強度を保ったり人間の皮膚を太陽光から守ったりする。葉緑素光合成のために太陽光を吸収する役割を持つ物質だが、この色素によって植物は緑色に見える。多くの動物は植物から色素を得て消化したり変化させたりしながら、体の表面に独自の色素を持つことができるようになった。

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例えば、ピンク色のフラミンゴ。赤ちゃんフラミンゴの色は、まだ白っぽい灰色である。餌となるエビやカニ、藻類からカンタキサンチンという色素を得ているため、大人だけがピンク色になる。ヨーロッパコマドリやフィンチはイチゴからこの種の色素を得て、鯉も藻を食べることでオレンジ色になる。

 だが、その色が青色となると話は難しくなってくる。フラミンゴにブルーベリーを与えても青くすることはできない。動物には色に限界があることがわかっている。茶色や灰色はよく鳥類に現れ、赤や黄色は食べ物に含まれる色素から作ることができる。しかし他の色、特に青は食べ物に含まれている色素から作ることが驚くほど難しい。大多数の動物は色素から青色を作ることができない。地球上の陸棲の脊椎動物で、青い色素を持つものは一種たりとも知られていない。それどころか、例えば孔雀の羽や青い目など、自然界でもっとも青い物にさえ青い色素は含まれていない。  

  では、なぜ青く見えるのだろうか?彼らは青く見せるために新たなタイプの光学的技術を発達させてきた。それは構造を利用したトリックである。モルフォチョウがその例である。  

 

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多くの緑色のヘビとカエルは実際には緑色なのでなく、黄色の色素と青色の光学的構造を混ぜ合わせて緑色に見せている。緑色のヘビが死んだときには、黄色の色素が次第に薄れていくため、体は青くなるのという。光を散乱して作られている青色のみが残ることとなる。更なる例は、1998年ドイツで薄い茶色と灰色の土壌の層から見つかった5000万年前の甲虫の死骸だろう。数千万年も地中にいながらも、この甲虫は輝くメタリックブルーだった。

 では、植物はどうだろうか。植物にも構造色が見つかった。Pollia condensataツユクサ科の植物名)の写真を見てみよう。

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アフリカ全土に見られるこの実は世界でもっとも光り輝くことで有名。最近、ケンブリッジ大学の研究者たちによって、セルロース繊維の構造体によってメタリックブルーが生み出されていることがわかった。この青は構造色で、動物の世界では幅広く知られていたが、植物でも見つかったことで話題になった。生物の構造色は5億年前には地球上に現われ、その後動物界でも植物界でも、素材こそ違え、同じような多層フォトニック構造で発色する仕組みを共通して進化させてきた「自然の妙」が指摘されている。P. condensataでの発色の仕組みは、果実の外果皮の細胞壁にセルロース繊維が固く巻いたものからなる層がいくつも形成されていて、それが光を反射する。セルロース繊維の間隔が細胞ごとに微妙に違っているために、異なる波長の光を反射するので、見る角度によってメタリックブルーの色調が微妙に変化するとのこと。

(Silvia Vignolinia, Paula J. Rudallb, Alice V. Rowlandb, Alison Reedc, Edwige Moyroudc, Robert B. Fadend, Jeremy J. Baumberga, Beverley J. Gloverc,1, and Ullrich Steinera,1, Pointillist structural color in Pollia fruit, PNAS September 25, 2012, vol. 109, no. 39, 1571215715)