Seeing without Eyes

動物で確認されているすべての視覚細胞は、オプシンと呼ばれる単一のタンパク質ファミリーを使って光を感知しています。 これらのタンパク質は、ビタミンAに由来する光感受性分子をつかみ、光を受けるとその構造を変化させます。

私たちが意識して見ているもののほとんどは、眼球の奥にある光を感じる層である網膜の光受容体によるものです。

他の脊椎動物の脳にも光受容体があることは以前から知られていました。

他の脊椎動物が脳内に他の光受容体を持っていることは以前から知られていました。

さらに不思議なことに、多くの研究室で、これらの細胞にはメラノプシンと呼ばれる新しいクラスのオプシンタンパク質が含まれていることが判明しました。

これらの細胞は目の中にあるので、眼球外にあるとは言えません。

目の中にあるので眼球外にあるとは言えず、「非視覚的」な光受容体と呼ばれています。

これで、多くの（おそらくほとんどの）動物の目自体に非視覚的な光受容体があることがわかりました。

目にない光受容体を探す

一般的に、眼球外の光受容体の候補を特定するには、光を検出するタンパク質であるオプシンを探すことになります。

オプシンを含む細胞はおそらくアクティブな光受容体ですが、研究者はそれを確認するために生理学的または行動学的なテストを行います。

目以外で発見された光受容体は、ほとんどが中枢神経系に存在します。

その他の光受容体が多く見られるのは皮膚で、特に色相細胞と呼ばれる色を変える活動をする細胞や皮膚器官があります。 これは、多くの魚、カニ、カエルなどに見られる黒や茶色、あるいは鮮やかな色の斑点のことです。 頭足類（タコ、イカ、コウイカ）では、これらの色素が最も発達する。

意外なことに、オプシン以外にも、視覚には使われていない2種類の光感受性分子があります。 この分子は、いくつかの昆虫の脳や触角、さらには鳥の網膜など、いくつかの神経構造に見られます。 これらはクリプトクロームと呼ばれるもので、その機能や作用方法がまだよくわかっていないため、このような名前になっている。

なぜ目の外で光を感知するのか

動物の体中に光受容器があることはわかったが、いったい何をしているのか。

一般的には、意識レベル以下で存在し、空間や時間内の光源の位置を極めて正確に知る必要のない、光を媒介とした行動を調節しています。

時差ぼけの原因となる生理的な周期を一定に保つ体内時計は、ほとんどの場合、この光受容体によって制御されています。

この光受容体は、光量の変化に合わせて目の瞳孔を開閉するのにも重要な役割を果たしています。

一部の動物では、地球の磁場を感知する「磁気受容」という、まったく別の、そして驚くべき仕事をしています。 この能力はクリプトクロームに基づいており、鳥やゴキブリなどの異なる動物の磁気的な方向性のメカニズムを支えているようです。

人間にも視覚以外の光受容能力がある

哺乳類の網膜に桿体や錐体以外にも光に感応する網膜細胞が発見されたことで、人間も行動や機能の制御に視覚以外の経路を使用しなければならないことが明らかになりました。 2007年に発表された英米の共同研究によると、遺伝子疾患で杆体と錐体をすべて失った患者でも、光に反応して生活リズムや瞳孔が変化することがわかった。

ジョンズ・ホプキンス大学のSamer Hattar氏のグループによるネズミを使った最近の研究では、視覚以外の経路が気分や学習能力、さらには意識的な視覚の感度を調節していることが示唆されています。

最後に、同じくジョンズ・ホプキンス大学のソロモン・スナイダー氏とダン・バーコウィッツ氏の研究では、マウスの血管に、網膜の非視覚的光受容に使われるオプシンであるメラノプシンが含まれているという、思いがけない最近の発見がありました。 この光に反応するタンパク質が、血管の収縮と弛緩を制御していることがわかったのです。

非視覚的な光の検出は、動物の生活の中でどこにでもあり、重要であることがわかっています。

この記事はThe Conversationに掲載されたものです。 オリジナルの記事を読む.