このサイトは、ほんの入り口です

ここにあるのは、だれかが実際に調べ、考え、作ってきたことを集めたメモです。気になったら、ページの下の「参考にした情報源」から、もとの本や記事、それを生み出した人たちに、直接ふれてみてください。このメモには書ききれないおもしろさが、そこにあります。

テッポウウオは、ずれて 見える 虫に、どうやって 水を あてるの?

テッポウウオは、ずれて見える虫にどうやって水を当てるの?

テッポウウオは、位置がずれて見える虫にどうやって水を当てるのか

分野:生きもの

水の 中から、水面の 上に いる 虫めがけて、水を うちだす 魚が います。

テッポウウオです。水の 中からは 虫の いちが ずれて 見える はずなのに、どうやって ねらいを つけるのでしょうか。

さきに こたえを いうと、テッポウウオは ずれを 見こして 水を あてる ことが できます。でも、どうやって 見こして いるのかは、まだ はっきり わかって いません。うまれつき そなわった しくみが あるという 考えと、うちながら 学んで 直すという 考えが あり、2024年の じっけんでは、うつ うちに ねらいを 直す 力が ある ことが たしかめられました[2]。

水の中から、水面の上にいる虫めがけて、水を打ち出す魚がいます。

テッポウウオです。水の中からは虫の位置がずれて見えるはずなのに、どうやって狙いをつけるのでしょうか。

先に答えを言うと、テッポウウオはずれを見こして水を当てることができます。ただ、どうやって見こしているのかは、まだはっきり分かっていません。生まれつきそなわったしくみがあるという考えと、撃ちながら学んで直すという考えがあり、2024年の実験では、撃つうちにねらいを直す力があることが確かめられました[2]。

テッポウウオは、口から水の弾を発射して、水面上の獲物を撃ち落とす魚である。水中から水面の外を狙うという行為には、見た目以上に複雑な物理的課題が隠れている。

結論を先に述べると、テッポウウオは屈折による見かけのずれを補って獲物を撃つことができるが、その補正のしくみはまだ解明されていない。補正は、生まれつき水や光の動きを見こすしくみ(「内部モデル」)によるという仮説と、撃つ練習をしながら少しずつ狙いを直す力(「運動適応」)によるという仮説があり、2024年の実験は、少なくとも撃つうちに照準を修正する運動適応の能力があることを示した[2]。

読み方を切り替えられます。画面の上にある「よみかた」のボタンで、小学校低学年むけ・小学校高学年むけ・中学生むけの3つの書き方に切り替わります。むずかしいと思ったら、いつでもやさしい方に戻ってください。選んだ読み方はブラウザが覚えているので、次に別の記事を開いたときも同じ読み方で始まります。

1. 口の中の みぞと、した、エラぶたで 水を うちだす

1. 口の中の溝と、舌、エラぶたで水を打ち出す

1. 上顎の溝と舌とエラ蓋の連動により水を噴射する

テッポウウオの 上あごには、ほそい みぞが あります[1]。その みぞに したを あてると、ストローのような つつが できます。ただし、ほんとうの ストローのように まわりを ぐるりと かこまれて いるのでは なく、あごの みぞに したを あてて つつの 形を 作って いるだけです。そこへ エラぶたを ぎゅっと とじる ちからで 水を おしこむと、つつを とおって、水が いきおいよく とびだすのです[1]。

この 魚は、マングローブの ある、海と 川の 水が まざる ばしょに すんで います[1]。

テッポウウオの上あごには、細い溝があります[1]。その溝に舌をあてると、ストローのような筒ができます。ただし、本物のストローのように周りをぐるりと囲まれているのではなく、あごの溝に舌をあてて筒の形を作っているだけです。そこへエラぶたをぎゅっと閉じる力で水を押しこむと、筒を通って、水が勢いよく飛びだすのです[1]。

この魚は、マングローブのある、海と川の水が混ざる場所にすんでいます[1]。

テッポウウオは、上あごの細い溝に舌を押し当てて筒のような水の通り道を作り、エラ蓋を勢いよく閉じることで生じる圧力でその水路に水を通し、水の弾を噴射する[1]。

この魚は、マングローブが発達する汽水域(海水と淡水が混ざる水域)に生息している[1]。

2. 水の 中からは 虫の いちが ずれて 見える。ねらいは、うつ うちに 直せるらしい

2. 水の中からは虫の位置がずれて見える。狙いは、撃つうちに直せるらしい

2. 水中からは獲物の位置がずれて見える。照準は、撃つうちに修正できる可能性がある

水の 中から、水面の 上に ある ものを 見ると、光が まがる せいで、じっさいの いちとは すこし ずれて 見えます[2]。2024年の 研究で、水そうの 上から 風を おくって 水めんを ゆらす じっけんを した ところ、テッポウウオは なんども うつ うちに、風で 水めんが ゆれると、水の とびかたが ずれます。風で 水の とびかたが ずれる ことを おぼえて、ねらう ばしょを 先に なおすように なりました[2]。この じっけんで 調べたのは 風で、光の ずれ そのものでは ありません。ただ、光の ずれを 直す ときにも、同じような 学ぶ 力が 役だって いるかもしれないと、研究した 人たちは 考えて います[2]。

水の中から、水面の上にあるものを見ると、光が曲がるせいで、実際の位置とは少しずれて見えます[2]。2024年の研究では、水そうの上から風を送って水面をゆらす実験を行ったところ、テッポウウオは何度も撃つうちに、風で水面がゆれると、水の飛ぶ向きがずれます。風で水の飛ぶ向きが変わることを学んで、ねらう場所を先に調整するようになりました[2]。この実験で調べたのは風で、光のずれそのものではありません。ただ、光のずれを補うときにも、同じような学習する力が役立っているかもしれないと、研究した人たちは考えています[2]。

水と空気の境界では光が屈折するため、水中にいるテッポウウオの視点からは、水面上の獲物の見かけの位置と実際の位置とのあいだにずれが生じる[2]。2024年に発表された研究では、水槽の上から人工的な風を送って水面をゆらす実験を行い、テッポウウオが繰り返し撃つうちに、風で水面がゆれると水の飛ぶ向きが変わるが、テッポウウオはその変化を予測して口や体の動きを調整できるようになることを示した。こうした練習による調整を「運動適応」と呼ぶ[2]。この実験自体は光の屈折を直接検証したものではないが、著者らは、屈折という魚が常に向き合う物理的要因についても、同様の運動適応のしくみが働いている可能性を指摘している[2]。

3. とどける きょりに あわせて、水の かたまりを 作りかえる

3. 届ける距離に合わせて、水のかたまりを作りかえる

3. 口の開閉を制御し標的距離に応じた水塊を形成する

テッポウウオは、水を うちだす とちゅうで、口の あきかたを かえて います[3]。口の あきかたを かえると、水は とんで いく あいだに まとまって いきます。そして、まとに ぶつかる ころに、水が いちばん 大きく まとまるのです[3]。とおくの まとを ねらう ときと、ちかくの まとを ねらう ときとで、この 作りかたを かえて います[3]。

テッポウウオは、水を打ち出す途中で、口の開きかたを変えています[3]。そうすることで、飛んでいく水が、狙った距離のちょうど手前で、いちばん大きな水のかたまりになるように、調節しているのです[3]。遠くの的を狙うときと、近くの的を狙うときとで、この作りかたを変えています[3]。

2014年に発表された研究により、テッポウウオは水を発射している最中に口の開口部の形を能動的に変化させ、噴射する水流の力学的な性質そのものを制御していることが明らかになった[3]。この調整によって、飛翔中の水は先端に大きな水塊を形成し、その水塊は標的に当たる直前にいちばん大きく集まり、強い力でぶつかるように調整される。実験では20cm・40cm・60cmと異なる高さに置いた標的に対し、テッポウウオが標的の高さに応じて口の開閉の時間経過を変えていたことが確認されている[3]。

4. えものが おちて いる とちゅうで、おちる ばしょへ さきまわりする

4. 獲物が落ちている途中で、落ちる場所へ先回りする

4. 落下する獲物の着水点を予測し、先回りして向かう

水を あてられて 落ちて くる 虫を、テッポウウオは ただ 見て いるのでは ありません。虫が 水に おちはじめてから、わずか 0.1びょうほどで、その 虫が 水めんに おちる ばしょへ むかって、体の むきを すばやく かえるのです[4]。

水を当てられて落ちてくる虫を、テッポウウオはただ見ているのではありません。虫が水に落ちはじめてから、わずか0.1秒ほどで、その虫が水面に落ちる場所へ向かって、体の向きをすばやく変えるのです[4]。

水鉄砲によって水面に叩き落とされた獲物に対し、テッポウウオはただちに追跡を始めるわけではない。獲物が水面に向かって落下を始めてからおよそ100ミリ秒(0.1秒)後に、落ち始めたときの動きから、水面のどこに落ちるか(着水点)を予測する。そして、獲物がそのときいる場所ではなく、落ちる場所へ向かって急旋回を始める[4]。こうして、着水点へ向かって素早く動き出し、落ちてくる獲物に素早く近づくことができる[4]。

水でっぽうで、とおくの まとを ねらって みる

水鉄砲で、遠くの的を狙ってみる

水鉄砲や水を入れたペットボトルで、狙いの精度を試す

水でっぽうか、水を 入れた ペットボトルを つかって、いろいろな きょりの まとを ねらって みましょう。とおくの まとに あてるには、水の 出しかたを どう かえれば いいか、じぶんで ためして みると おもしろいですよ。おふろばや にわなど、ぬれても だいじょうぶな ばしょで ためしましょう。

水鉄砲か、水を入れたペットボトルを使って、いろいろな距離の的を狙ってみましょう。遠くの的に当てるには、水の出しかたをどう変えればいいか、自分で試してみるとおもしろいですよ。お風呂場や庭など、濡れても大丈夫な場所で試しましょう。

水鉄砲や、キャップに小さな穴を開けたペットボトルを使い、異なる距離の的に向けて水を発射してみよう。距離によって、握る力や角度をどう変えれば命中しやすいかを試すことで、テッポウウオが行っている距離調整の難しさを体感できる。お風呂場や庭など、水に濡れても問題ない場所で行うこと。

しらべた ところ

参考にした情報源

参考にした情報源

  1. 名古屋港水族館「テッポウウオの秘密」。 https://nagoyaaqua.jp/study/column/24115/ (テッポウウオの上顎にある溝に舌をあて、エラ蓋を閉じることで水路に水を通し勢いよく水を飛ばす構造を持つこと、マングローブの発達する汽水域に生息することは同出典による)
  2. eLife「The archerfish uses motor adaptation in shooting to correct for changing physical conditions」。 https://elifesciences.org/articles/92909 (水中から水面上の獲物を狙う際、光の屈折により見かけの位置と実際の位置にずれが生じること、水槽の上から人工的な風を送って水面をゆらす実験で、テッポウウオが繰り返し撃つうちに水流の偏向を見こす運動適応の能力を示したことは同出典による。光の屈折そのものを直接検証した実験ではなく、同様のしくみが働く可能性を著者らが指摘している点も同出典による。屈折などを補正するしくみはまだはっきりしていないこと、補正が生まれつきの物理の内部モデルによるという仮説と試行錯誤による運動適応という説明があることも同出典の序論による)
  3. Current Biology「Archerfish Actively Control the Hydrodynamics of Their Jets」。 https://www.cell.com/current-biology/fulltext/S0960-9822(14)00922-1 (テッポウウオが水を発射する最中に口の開口部の形を能動的に変化させ噴射する水流の力学的性質を制御すること、これにより飛翔中の水が標的の位置で最大の衝突力を持つ水塊を形成すること、20cm・40cm・60cmの異なる高さに置いた標的で標的の高さに応じて口の開閉の時間経過を変えていたことが確認されたことは同出典による)
  4. Journal of Experimental Biology「Predicting three-dimensional target motion: how archer fish determine where to catch their dislodged prey」。 https://journals.biologists.com/jeb/article-abstract/205/21/3321/9128 (水面に落とされた獲物に対し、テッポウウオが落下開始からおよそ100ミリ秒後に着水点を予測し、その時点の獲物の位置ではなく将来の着水地点へ向かう急旋回を始めることは同出典による)

なおした ところ

更新履歴

更新履歴(改版の記録)

  •  初版を公開。
  •  「風の実験」の章で、「水すじが曲がる」を「風でゆれる水面のせいで水の飛び方が変わる」と具体的に直しました(先生の目での読み直しによる。事実・出典は変えていません)。
  •  lower・upper の文体を、です・ます調にそろえた(事実・出典は変えていない)。
  •  題名と「めったに外れない」「確実に」などの言い方を、「ずれて見える虫にどう当てるのか」という問いと、確かめた範囲の表現に改めた。2章に「風の実験は光のずれを直接調べたものではない」ことを足し、章見出し2・4を内容が分かる形にした。事実・出典は変えていない。
  •  導入に「ずれを見こして当てられるが、そのしくみはまだはっきりしていない(生まれつきのしくみと、撃ちながら学ぶ力の2つの考えがある)」という答えの要点を足した。理由: 題名の問いへの答えを前半に示すため。
  •  「風の実験」の章で「何がどうずれて、魚は何を学んだか」を、「水の形を整える」章で「水が的に当たる直前にまとまる」ことを、「しくみ」「予測」の章と導入で専門語を説明に置きかえて、分かりやすく直しました(先生の目での読み直しによる。事実・出典は変えていません)。

このサイトでは、公開した記事の本文は原則として書き直しません。誤りが見つかったときや、内容が古くなったときだけ手を入れ、その理由をこの欄に残します。