イカやコウイカの体の色が素早く変わるとき、新しい色素をそのたびに大量に作っているとは限りません。皮膚にある色素胞の広がり方が変わることで、色素が見える面積を調節できます。中学入試では、色の濃さを印象で語るだけでなく、顕微鏡写真の面積や個数から考えてみましょう。
色素を含む袋を筋肉が広げる
色素胞には色素を含む弾力のある部分があり、その周囲の筋肉などによって広がったり縮んだりします。広がると、皮膚の上から見た色のついた領域が大きくなります。色の変化には光を反射する別の構造も関わるため、体色のすべてを一種類の色素胞だけで説明するわけではありません。
ここでは、同じ色の円形の領域が重ならずに広がる模型を使います。実際の形は完全な円とは限りませんが、円として面積の変化を調べることで、「大きさが二倍」と「面積が二倍」の違いを考えられます。
半径の二倍と色素の二倍は別
円の面積は半径の二乗に比例します。半径が二倍になれば、面積は四倍です。これだけで、色素の物質量が四倍に増えたとは言えません。同じ色素を含む部分が広がった設定なら、見える範囲が変わったと考えます。
一つの領域が広がる場合と、広がった領域の個数が増える場合も分けます。写真で色のついた総面積が増えていても、どちらが起きたかは、個々の色素胞を追わなければ決まりません。写真の同じ範囲をそろえ、同じ色素胞の前後を比べることが大切です。
例題1 円形の領域が広がる
色素胞を上から見た領域を円と考えます。半径が0.1mmから0.2mmへ変わりました。面積は何倍になりますか。また、円周率を3.14として、広がった後の面積を求めなさい。
答え・解説： 半径は二倍なので面積は四倍です。後の面積は0.2×0.2×3.14＝0.1256平方mm。0.1mm増えたから面積も0.1平方mm増える、という計算は単位も関係も違います。長さから面積へ移るときは二方向への広がりを考えます。
例題2 個数と総面積
一つの面積が0.02平方mmの色素胞が100個あります。初めはすべて縮んだ状態で、後に40個だけが面積四倍に広がりました。領域は重ならないとして、後の色のついた総面積を求めなさい。
答え・解説： 広がった40個は一つ0.08平方mmで合計3.2平方mm。残る60個は0.02×60＝1.2平方mmなので、総面積は4.4平方mmです。全100個を四倍にするのでも、広がった40個だけを数えるのでもありません。
写真の倍率を色の変化と取り違えない
拡大率が違う写真をそのまま比べると、同じ色素胞でも大きさが違って見えます。長さの目盛りやスケールバーを使って、実際の寸法へ戻す必要があります。縦横とも二倍に拡大した写真では、画面上の面積が四倍になることも、色素胞自体の拡張とは無関係です。
同じ個体の別の場所を比べた場合も、色素胞の数や種類が違うかもしれません。「同じ皮膚の範囲を同じ倍率で撮る」といった条件が、筋肉の働きによる変化を調べるために重要になります。写真の端が少し切れているだけでも、総個数の比較には影響します。
背景と似た模様になったことから何が言えるか
背景を変えた後に皮膚の模様も変わった記録があれば、背景に応じた体色調節を支持する結果と考えられます。ただし、一枚の写真で似ているだけでは、変化の方向や時間は分かりません。背景を変える前後を追い、ほかの条件も確認します。
模様が周囲に似ていると、相手から見つかりにくくなる可能性があります。しかし、人の目で似て見えたという判定と、捕食者が実際に発見しにくかったという結果は別です。後者を調べるなら、発見までの時間などを測った資料が必要です。
面積の増加を単純に足せない場合
例題2では領域が重ならないと明記しました。実際の写真で重なって見える領域があるなら、各円の面積を足した値は、色のついた領域全体より大きくなることがあります。別の層の色素胞が写っている可能性もあるため、図の模型と写真の測定法を分けて扱います。
この記事での着眼点は「色が濃くなったから色素が増えた」という近道を避けることです。個数、広がり、撮影倍率を順に点検すれば、見かけの変化を体の仕組みへつなげられます。生物の資料でも、何を一定にしたかを読み取る力が計算の土台になります。
比率の分母に皮膚の面積を置く
色のついた領域4.4平方mmが皮膚10平方mmの範囲にあるなら、その範囲の44%を占めます。ところが観察する皮膚の枠を倍に広げると、色素胞の個数も増えるかもしれません。総面積を比べるのか、皮膚のうち色が見える割合を比べるのかを決めてから、必要な分母を選びます。
背景の明るさを変える実験で、撮影装置が自動的に露出を調整すると、皮膚の変化以外にも画像の明るさが変わります。面積を測る場合でさえ、どの濃さ以上を色素胞として数えるかが影響します。写真の数値化には、照明と判定基準をそろえるという条件があるのです。
肉眼で一瞬に見える変化を細かく調べるなら、写真間の時間間隔を読みます。一秒ごとの写真だけでは、その間に何回広がって縮んだかは分かりません。前後の写真が同じでも、途中で何も起こらなかったという証明にはならない点を、観察の限界として押さえておきましょう。