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。

くらい ところで、どうして だんだん 見えて くるの?

暗闇に目が慣れるとき、目の中で何が起きているのか

暗順応のしくみ ── 錐体から桿体への交代と、ロドプシンの再生にかかる時間

分野:からだ

明るい 昼間に、映画館えいがかんの 中へ 入った ところを 思いうかべて ください。入った ばかりの ときは まっ暗で、いすも 通路も よく 見えません。ところが しばらく 待つと、だんだん まわりが 見えて きます[1]。

この メモでは、その あいだに 目の 中で おきて いる ことを 見て いきます。瞳孔どうこうの はなし、2しゅるいの 光の センサーの はなし、センサーを 作りなおす はなし、星を 見る 人が 赤い ライトを つかう わけまで たどります。

明るい昼間から映画館に入った直後は、まっ暗で座席も通路も見えません。ところが、しばらく待つと、輪郭がだんだん見えてきます。この「暗さに目が慣れる」ことを、暗順応といいます[1]。

この間に、目の中では何が起きているのでしょうか。瞳孔の役割、網膜にある2種類の細胞、光を受けとる色素の作り直し、天体観測で赤いライトが使われる理由、そして今も研究が続いていることまで、複数の資料を突き合わせてたどります。

映画館に入った直後は何も見えないが、数分もすると座席の位置が分かり、しばらくすると表情まで見えてくる。この暗順応には、瞳孔の変化だけでなく、網膜の視細胞の感度そのものの変化が関わっているとされる[3]。

時間の目安は資料により幅がある。錐体から桿体への主役交代、光を吸収する視物質ロドプシンの分解と再生、暗順応が明順応より遅い理由、赤色光が暗順応を保つのに使われる理由、2019年に報告された分子レベルの調節の仕組みまで、辞典・眼科の解説・大学の発表を突き合わせて追う。

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1. どれくらい 待てば、見えて くるの?

1. どれくらい待てば見えてくるのか

1. 暗順応の時間経過 ── 5〜10分で第一段階、20〜30分ほどでほぼ完成

見えて くるまでの 時間は、いっぺんに 決まる わけでは ありません。はじめの 5分から 10分ほどで、ぼんやり 見えて きます。そのあと 20分から 30分ほど かけて、もっと 見えるように なって いきます[1]。

ただし、これは 目やすです。1時間ぐらい かかると 書いて ある 資料しりょうも あります[2]。どれくらい 明るい 所に いたかでも、かわると 考えられます。

この あいだ、目の 中では なにが おきて いるのでしょう。まず、目の まんなかの 黒い ところから 見て みます。

見えてくるまでの時間は、資料によって違います。最初の5〜10分ほどで、ぼんやり見えるようになります。その後は、感度がゆっくり上がり続けて、20〜30分ほどでほぼ完成する、と眼科の解説にあります[1]。完全な順応には約1時間かかる、と書く資料もあります[2]。直前にどれだけ明るい場所にいたかでも変わると考えられるので、この数字は目安として読むのがよさそうです。

まず目立つ変化から見てみましょう。暗くなると、目の中央の黒い部分が大きくなります。これが暗順応の正体なのでしょうか。

暗順応は、暗所で目の感度が段階的に上がっていく過程である。眼科の解説では、最初の約10分は錐体が主に働いて感度が急速に上がり、その後は桿体が主役になって感度がゆっくり上がり、20〜30分ほどでほぼ完成するとされる[1]。別の眼科の解説は、完全な順応に約1時間としている[2]。

資料により20〜30分、30〜45分、約1時間と幅がある。事前に浴びた光の強さや測り方の違いが背景にあると考えられ、単一の値として扱うのは避けたい。まず、最も目に見える変化である瞳孔から検討する。

2. 目の まんなかが 大きく なるから?

2. 瞳孔が広がるだけでは足りない

2. 瞳孔の寄与 ── 面積比16倍と、暗順応の感度変化の大きさ

くらい ところでは、目の まんなかの 黒い ところが 大きく なります。この 黒い あなが 瞳孔どうこうです。光を たくさん 取りこむ ために、ひろがります[3]。

直径ちょっけいは、明るい 昼間で 2mmほど、くらい ところで 8mmほど、とされます[4]。4倍の 大きさです。でも 光の 入る 広さで くらべると、16倍です。2×2で 4、4×4で 16、と 計算 できます。

16倍でも、大きな ちがいです。けれども、「暗い ところで 見える つよさ」の かわりかたは、それよりも ずっと 大きい、と 説明せつめい されて います[4]。瞳孔どうこうだけでは、ぜんぶは 説明せつめい できません。ほかに なにかが、かわって いるのです。

その なにかは、網膜もうまくの 中に あります。

暗い所では、虹彩が縮んで瞳孔が大きくなり、目に入る光が増えます[3]。直径は、明るい昼間で約2mm、暗闇で約8mmとされています[4]。直径では4倍ですが、光が入る面積は2×2で4、4×4で16、つまり16倍です。

16倍は小さくない差です。ただし、暗闇で見える感度の変化はもっと大きく、桿体が最大の感度に達するまでには数分から数十分かかる、と説明されています[4]。瞳孔の広がりは暗順応の一部ですが、それだけでは説明できないようです。

残りの大きな変化は、網膜の中で起きています。

暗順応の要因として、日本語版Wikipediaは、虹彩の収縮による瞳孔の拡大と、桿体でのロドプシン合成の2つを挙げる[3]。瞳孔の直径は、明るい昼間で約2mm、暗闇で約8mmとされる[4]。直径比は4倍、光の入る面積比は 4² ÷ 2² = 16倍にとどまる。

一方、桿体が最大感度に達するには数分から数十分かかる[4]。瞳孔の変化だけでは暗順応を説明できず、網膜の視細胞の感度変化も関わる。

3. 目の 中には、どんな センサーが あるの?

3. 網膜にある2種類の細胞 ── 明るい所の錐体、暗い所の桿体

3. 錐体と桿体 ── 数の違い、感度の違い、暗所で色が乏しくなる理由

目の おくの 網膜もうまくには、光を かんじる 細胞さいぼうが 2しゅるい あります。錐体すいたいと 桿体かんたいです[5]。

錐体すいたいは、明るい ところで はたらきます。色や 細かい ものの 形を 見るのが とくいです。桿体かんたいは、うす暗い ところで はたらきます。光の ひとつぶにも はんのう できるほど、かんじる 力が 強い、と いわれます[5]。数は、錐体すいたいが 1つの 目に およそ 600まん こ、桿体かんたいが およそ 1おく 2000まん こです[2]。桿体かんたいの ほうが、20ばい ぐらい 多い ことに なります。

ただ、桿体かんたいで 見ると、色は わかりにくく、白黒に 近く 見える、と 説明せつめい されて います[2]。くらい ところで 色が うすく 見えるのは、この ためと 考えられます。

くらい ところに 入ってから、まわりが 暗く なるにつれて、桿体かんたいの はたらきが 大きく なって いきます。

網膜には、光を感じる細胞(視細胞)が2種類あります。錐体と桿体です[5]。錐体は明るい場所で働き、色や細かい形を見分けるのが得意です。桿体は薄暗い場所で働き、光の粒(光子)1個にも応答できるほど感度が高い、と日本生物物理学会の解説にあります[5]。

数は、1つの目におよそ、錐体が600万個、桿体が1億2000万個で、桿体のほうが20倍ほど多いとされます[2]。ただし、桿体だけで見ると色の区別がつきにくく、モノクロに近い、ぼんやりした見え方になります[2]。暗い場所で色がうすく感じられるのは、桿体が働いているためと考えられます。

暗い場所に入ったあと、明るさが下がるにつれて、桿体の働きが大きくなっていきます。

網膜の視細胞には錐体と桿体がある。錐体は明所で働いて色と細かい形の識別を担い、桿体は薄暗がりで働き、光子1個にも応答できるほど高感度とされる[5]。数は概数で、1つの目に錐体がおよそ600万個、桿体がおよそ1億2000万個であり、比は約20倍になる[2]。

桿体だけで見る暗所の視覚は、色の情報が乏しく、モノクロに近いと説明される[2]。暗い場所で色が識別しにくいのは、この視細胞の分担で説明できる。

暗い場所に入ったあと、明るさが下がるにつれて桿体の働きが大きくなり、主役が錐体から桿体へ移っていく。

4. 2つの センサーは、どんな じゅんばんで はたらくの?

4. 暗順応は2段階 ── 錐体から桿体へ

4. 2段階の暗順応曲線 ── 錐体の約10倍、桿体の数千〜数万倍、ロッド・コーン・ブレーク

くらい ところに 入ると、まず 錐体すいたいが はたらきます。眼科がんかの 解説かいせつでは、明るい ところの 10ばい ぐらいまで、かんじる 力が 上がって、ぼんやり 見えて きます[2]。

7分から 10分ごろ、はたらく 中心が 桿体かんたいに うつります[2]。桿体かんたいは、そこから ゆっくり、ゆっくり、かんじる 力を 上げて いきます。上がり方は、資料しりょうに よって はばが ありますが、数千ばいから 数万ばいほどと いわれます[2]。

はじめの 10ばいで 見えるように なって、そのあと 数千ばいも 上がる、と 考えると、ふしぎです。どうして 桿体かんたいは、そんなに 時間が かかるのでしょう。

暗い場所に入ると、まず錐体が働きます。眼科の解説では、感度は明るい場所の約10倍まで上がり、ぼんやり見えるようになります[2]。7〜10分ほどたつと、働きの中心が桿体に移ります。そこから桿体の感度が、じわじわと上がっていきます[1]。上がり幅は、資料によって幅がありますが、約数千倍から数万倍ともいわれます[2]。

この切りかわりは、時間と感度を測って描いた「暗順応曲線」で、折れ曲がる点として現れます。錐体の回復は5〜10分ほどで頭打ちになり、桿体は30〜45分ほど回復が続くとされます[6]。

10倍のあとに、数千倍。桿体には、なぜそんなに時間がかかるのでしょうか。

暗順応曲線は、暗所に入ってからの時間を横軸、最小限見える光の強さの逆数(感度)を縦軸にとって描く。前半は錐体の曲線で、感度は明所の約10倍まで上がる[2]。約7〜10分で桿体の曲線が錐体を上回り、曲線が折れ曲がる。この点はロッド・コーン・ブレーク(コールラウシュの屈曲点)と呼ばれる[6]。

桿体の感度は、眼科の解説では約数千〜数万倍に上がるとされる[2]。資料により幅があり、桁の目安である。回復に要する時間は、錐体でおよそ5〜10分、桿体で30〜45分とされる[6]。

桿体だけが大きく感度を上げ、しかも時間がかかる理由は、桿体の中にある色素にある。

5. 光の センサーは、どうやって 元に もどるの?

5. 光で壊れた色素を、暗闇で作り直す

5. ロドプシンの漂白と再生 ── 11-シス・レチナールの再生にかかる時間

桿体かんたいの 中には、ロドプシンと いう 色素しきそが あります[7]。ロドプシンは、光を うけとる はたらきを する 色素しきそです。光が あたると、かたちが かわって、もとの ままでは いられなく なります[7]。

かたちの かわった 部分は、網膜もうまくの となりの 場所へ はこばれて、もとの かたちに 直されます。そして、ふたたび ロドプシンに なります[7]。この 作り直しが すすむと、光を うけとる 力が 元に もどって、暗い ところでも 見えるように なります。あんじゅんのうには、ロドプシンの 作り直しも かかわります[6]。

カメラの フラッシュに にて います。ピカッと 光ったあとは、また 光るまで じゅうでんの 時間が いりますね。ただ 本当は、電気では なく、色素しきそが もとの かたちに もどるのです。

この 作り直しは、こわれるより ゆっくり すすみます[3]。そのため、明るい ところに もどる ときの ほうが、ずっと 早いのです。

桿体の中には、ロドプシンという色素があります。ロドプシンは、オプシンというたんぱく質と、11-シス・レチナールという小さな分子が組み合わさったものです[7]。光を吸収すると、レチナールの形が変わって全トランス型になり、オプシンから離れます[7]。こうなると、その色素は光をとらえられません。

離れたレチナールは、網膜の隣にある色素上皮という層へ運ばれて、もとの11-シス型に戻されます。それが視細胞でオプシンと再び結びつき、ロドプシンが作り直されます[7]。暗順応に要する時間は、この11-シス・レチナールの量、つまり作り直しの速さに大きく左右される、と英語版Wikipediaにあります[6]。

カメラのフラッシュに似ています。光ったあとは、次に光るまで充電の時間が要ります。ただし本当は、電気をためているのではなく、色素の形が戻っているのです。

色素は、作り直すほうが、壊れるより時間がかかります。暗順応が、暗い所から明るい所へ戻る明順応より遅いのは、このためと説明されています[3]。

ここで、ビタミンAの話をひとつ。レチナールは、ビタミンAから作られます。ビタミンAが足りなくなると、暗い所で見えにくくなる夜盲症になる、と眼科の解説にあります[2]。ただし、不足しているときの話で、たくさん食べれば夜に強くなる、という意味ではありません。

桿体の視物質ロドプシンは、オプシンと発色団11-シス・レチナールから成る[7]。光を吸収すると、11-シス・レチナールが全トランス・レチナールへと光異性化し、オプシンから遊離する。これが漂白であり、漂白された視物質は光を受けとれない[7]。

遊離したレチナールは網膜色素上皮で11-シス型に再異性化され、視細胞に戻ってオプシンと再結合する[7]。暗順応と色素の再生に要する時間は、局所の11-シス・レチナールの濃度に大きく左右される、と英語版Wikipediaは述べる[6]。ここでは、分解した色素がふたたび働ける形に戻ることを「作り直し」と呼ぶ。

ロドプシンの作り直しは分解より時間がかかるため、暗順応は明順応より遅いと説明される[3]。

レチナールの材料はビタミンAで、不足すると暗所で見えにくくなる夜盲症を起こす[2]。これは不足時の話で、摂取を増やせば暗所視が向上するという意味ではない。

「作り直し」の説明は、辞典と眼科サイトを突き合わせたものである。

6. 星を 見る 人は、どうして 赤い ライトを つかうの?

6. 星を見る人が赤いライトを使う理由

6. 赤色光と暗順応の保持 ── 桿体の感度ピークは約500nm

桿体かんたいは、青みの ある 緑の 光に いちばん はんのう します。赤い 光には、あまり はんのう しません[6]。

だから、夜に 星を 見る 人は、赤い ライトを つかう ことが ある、と いわれます[3]。弱い 赤い 光は、白い 光より 桿体かんたいを しげきしにくい ため、せっかく なれた 目を、もどして しまいにくい、と 説明せつめい されて います[3]。

ただし、赤い 光が 「見えない」のでは ありません。桿体かんたいが はんのう しにくい、と いう ことです。

これで、目が なれる しくみの 大すじは たどれました。でも、まだ わかって いない ことも あります。

桿体が最もよく反応する光の波長は、およそ500nm(青緑色)で、赤のような長い波長の光には鈍いとされます[6]。弱い赤色光は白色光より桿体を刺激しにくく、ロドプシンが大きく壊れにくいので、暗順応が保たれやすい、と説明されています[3]。

天体観測で赤い照明が使われるのは、このためと考えられています[3]。時間をかけて慣れた目を、白い光で元に戻さないための工夫といえそうです。

ただし、赤い光が「見えない」わけではなく、桿体が反応しにくいだけです。

ここまでで、暗順応のしくみの大すじは見えてきました。まだ、分かっていないことも残っています。

桿体の分光感度のピークは波長約500nm(青緑)で、赤のような長波長には鈍感である[6]。このため弱い赤色光は白色光より桿体を刺激しにくく、ロドプシンを大きく漂白せず、暗順応を保ったまま手もとを照らす用途に使われる。日本語版Wikipediaは、赤色照明が天体観測などの夜間の活動で利用されると記す[3]。

注意すべきは、赤が「見えない」のではなく、桿体が応答しにくいという点である。

大筋は、ここまでで説明できる。ただし、これだけで暗順応がすべて説明できるわけではない。

7. まだ わからない ことは あるの?

7. ロドプシンの作り直しだけでは説明しきれない

7. 視細胞の感度を調節する分子機構 ── 2019年の大阪大学の発表

2019ねんに、大阪おおさか大学の 研究が 発表 されました。目の 光を かんじる 細胞さいぼうは、まわりの 明るさに あわせて、かんじる 強さを かえて います。その くわしい しくみの 一つが 分かった、と いう ものです[8]。

この 研究では、光を かんじた あとの、たんぱくしつの うごきが 調べられました。ロドプシンを 作り直す 話だけでは、暗い ところで 目が なれる ことの ぜんぶは 説明せつめい できない、と いう ことです。

ロドプシンを 作り直す ほかにも、目には 感じる 強さを 変かえる しくみが あるのです。

2019年、大阪大学の研究が発表されました。視細胞が、周りの明るさに合わせて感度を調節する分子の仕組みの一つが示された、という内容です。光の入力から、あるたんぱく質が分解され、別のたんぱく質の位置が変わるまでの流れが分かった、と報告されています[8]。

ここから、暗順応は色素の作り直しだけで決まるのではなく、視細胞の中の別の仕組みも関わっている、と考えられます。ただ、この研究が示したのは、明るさに応じた調節の一つの流れです。暗順応の全体が説明されたわけではありません。

暗闇に慣れる目は、思っていたより多くの仕組みで支えられているようです。

大阪大学の2019年の発表は、視細胞が明るさに応じて感度を調節する分子機構の一つを明らかにしたと報じる。光の入力から、Klhl18によるUnc119の分解を経て、トランスデューシンの局在が変わる一連の過程が示された[8]。

ロドプシンの再生は暗順応の中心的な過程の一つだが、これだけが暗順応を決めるわけではない。視細胞には、明暗に合わせて感度を調節する別の分子機構も備わっている。ただし、この発表は1つの研究成果の紹介であり、暗順応の全体像を書き換えるものではない。読むなら、発表の要約だけでなく、元の論文を探して確かめるとよい。

8. じぶんでも たしかめて みたく なったら

8. 自分でも調べてみたくなったら

8. 自分でも調べてみたくなったら

夜に、家の 人と いっしょに、ものを かたづけた へやで、電気を 消して、いすに すわって 待って みましょう。くらい 中を 歩かないで、すわった ままで やります。はじめに、目に 見える ものを 3つ かぞえます。5分 たったら、また かぞえます。20分 たったら、もういちど。ふえて いるでしょうか。色は どうでしょう。

ちなみに、スマホを 見ると 目が また 明るさに もどって しまうかもしれません。待つ あいだは、見ないで おきましょう。

夜、家の人と一緒に、物を片づけた部屋で電気を消して、椅子に座ったまま待ってみましょう。暗い中を歩かないでください。最初に、見える物を3つ数えます。5分後、20分後に同じことをして、数がどう変わるか、色の見え方がどうか、確かめてみましょう。

途中で明るいスマートフォンの画面を見ると、目が明るさに戻るかもしれません。待つあいだは見ないでおきます。

まず、夜の部屋で試せる。物を片づけた部屋で、家の人と一緒に、座ったまま見える物の数を5分ごとに記録する。暗い中は歩かず、火や刃物は使わない。変化が緩やかなことは、上で見た曲線と比べられる。

暗順応の時間経過は、資料により20〜30分、30〜45分、約1時間と幅がある。記録のあとで、次の資料に当たって、数字の出どころを確かめるとよい。

  • 脳科学辞典「ロドプシン」で、11-シス・レチナールの光異性化と再生の説明を読む[7]。
  • 日本生物物理学会の「視覚」で、桿体が光子1個に応答するという記述の背景を確かめる[5]。
  • 大阪大学の2019年の発表から、元の論文にたどり着き、実験動物と方法を確認する[8]。

しらべた もとの じょうほう

参考にした情報源

参考にした情報源と、その使い方

出典について:眼科の解説、辞典、学会・大学の解説、百科事典(Wikipedia)を突き合わせて使った。何に使ったかは、それぞれの項目の最後に書いている。時間や倍率の数字は、眼科サイトなどの二次資料で確かめたものが多い。

  1. 自由が丘 清澤眼科「暗順応曲線」 https://jiyugaoka-kiyosawa-eyeclinic.com/shinkei/27363/ (暗順応の時間経過・2段階)
  2. 広辻眼科「暗順応について」 https://hirotsuji-eye.com/eye/e121 (錐体・桿体の数と感度、ビタミンA)
  3. 「暗順応」Wikipedia日本語版 https://ja.wikipedia.org/wiki/%E6%9A%97%E9%A0%86%E5%BF%9C (暗順応の定義、明順応との差、赤色照明)
  4. シーシーエス「人の眼と器械の眼」 https://www.ccs-inc.co.jp/guide/column/light_color/vol24.html (瞳孔の直径と面積の比)
  5. 日本生物物理学会「視覚」 https://www.biophys.jp/highschool/C-16.html (桿体と錐体の働きの違い)
  6. "Adaptation (eye)" Wikipedia https://en.wikipedia.org/wiki/Adaptation_(eye) (ロッド・コーン・ブレーク、再生の時間、桿体の波長感度)
  7. 脳科学辞典「ロドプシン」 https://bsd.neuroinf.jp/wiki/%E3%83%AD%E3%83%89%E3%83%97%E3%82%B7%E3%83%B3 (ロドプシンの構造と再生)
  8. ResOU 大阪大学「明暗順応の分子メカニズム」(2019年) https://resou.osaka-u.ac.jp/ja/research/2019/20191101_1 (視細胞の感度調節の分子の仕組み)

なおした ところ

更新履歴

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