魚の感覚システム

ほとんどの魚は高度に発達した感覚器官を持っています。ほぼすべての昼間の魚は、少なくとも人間と同等の色覚を持っています（魚の視覚を参照）。多くの魚は、味覚と嗅覚の並外れた感覚を司る化学受容器も持っています。耳はあっても、多くの魚はよく聞こえないかもしれません。ほとんどの魚は側線系を形成する敏感な受容器を持っており、穏やかな流れや振動を感知し、近くの魚や獲物の動きを感知します。^[1]サメは側線を通して25～ 50Hzの範囲の周波数を感知できます 。 ^[2]

魚はランドマークを使って自分の位置を把握し、複数のランドマークやシンボルに基づいたメンタルマップを使用することもあります。迷路での魚の行動は、魚が空間記憶と視覚的識別力を持っていることを示しています。^[3]

視覚はほとんどの魚類にとって重要な感覚システムです。魚の目は鳥類や哺乳類などの陸生 脊椎動物の目と似ていますが、より球形のレンズを持っています。網膜には通常、桿体細胞と錐体細胞（暗所視と明所視用）があり、ほとんどの種は色覚を持っています。魚の中には紫外線を見ることができるものもあれば、偏光を見ることができるものもあります。顎のない魚の中では、ヤツメウナギはよく発達した目を持っていますが、ヌタウナギは原始的な眼点しかありません。^[6]魚の視覚は視覚環境への適応を示しており、例えば深海魚は暗い環境に適した目を持っています。

魚類やその他の水生動物は、陸生種とは異なる光環境に生息しています。水は光を吸収するため、水深が深くなるにつれて利用できる光の量は急速に減少します。また、水の光学特性により、さまざまな波長の光がさまざまな程度に吸収されます。たとえば、長波長の光（赤、オレンジなど）は、短波長の光（青、紫）に比べてかなり速く吸収されますが、紫外線（青よりもさらに短い波長）もかなり速く吸収されます。^[5]これらの水の普遍的な性質に加えて、水中の塩分やその他の化学物質により、さまざまな水域でさまざまな波長の光を吸収する場合があります。

聴覚はほとんどの魚種にとって重要な感覚システムです。例えば、Batrachoididae科では、オスは浮き袋を使って求愛の鳴き声を出し、メスはその鳴き声を使ってオスの位置を特定します。水中では音速が空気中よりも速いため、聴覚閾値と音源の位置を特定する能力が低下します。水中での聴覚は骨伝導によるもので、音源の位置特定は骨伝導で検知される振幅の差に依存しているようです。^[7]そのため、魚などの水生動物は、水中で効果的な、より特殊な聴覚装置を持っています。^[8]

魚は側線と耳石（耳）を通じて音を感知することができます。コイやニシンなどの一部の魚は、浮き袋を通じて音を聞きます。^[9]

コイは聴覚がよく発達しており、ウェーバー器官（浮き袋の振動を内耳に伝える3つの特殊な椎骨突起）を持っています。

サメの聴力を検査するのは難しいが、サメは鋭い聴覚を持っており、おそらく何マイルも離れた獲物の音も聞き取ることができる。^[10]サメの頭の両側にある小さな開口部（噴水孔ではない）は、細い管を通って内耳に直接つながっている。 ^[要出典]

側線も同様の配置を示し、側線孔と呼ばれる一連の開口部を介して環境に開かれています。これは、聴覚外側系としてまとめられているこれら 2 つの振動および音検出器官の共通の起源を思い出させます。硬骨魚類および四肢動物では、内耳への外部開口部は失われています。^[要出典]

魚類や水生両生類の側線は、主に渦からなる水流を感知するシステムです。側線は低周波の振動にも敏感です。主にナビゲーション、狩猟、群れを作るために使用されます。機械受容器は有毛細胞で、前庭感覚や聴覚 と同じ機械受容器です。魚類の有毛細胞は、体の周りの水の動きを感知するために使用されます。これらの有毛細胞は、クプラと呼ばれるゼリー状の突起に埋め込まれています。そのため、有毛細胞は目に見えず、皮膚の表面にも現れません。電気感覚の受容器は、側線システムの有毛細胞が改変されたものです。

魚類や一部の水生両生類は、側線を介して流体刺激を感知する。このシステムは、魚の体に沿って並んだ神経節と呼ばれるセンサーの配列で構成されている。 ^[11]神経節は、自立している場合（表在神経節）と、液体で満たされた管内にある場合（管神経節）がある。神経節内の感覚細胞は、ゼラチン状のカップラ内に含まれる極性の有毛細胞である。^[12]カップラと、有毛細胞の「毛」であるステレオシリアは、周囲の水の動きに応じて一定量移動する。求心性神経線維は、それらが発生する有毛細胞が好ましい方向に偏向するか反対方向に偏向するかに応じて、興奮または抑制される。側線ニューロンは、脳内に体部位マップを形成し、魚に体のさまざまなポイントでの流れの振幅と方向を知らせる。これらの地図は延髄の内側八角外側核（MON）と半円隆起などの高位領域に位置している。^[13]

圧力感知にはウェーバー器官が使われます。ウェーバー器官は、ガス袋の形状変化を中耳に伝える 3 つの椎骨付属器からなるシステムです。この器官は魚の浮力の調節に使用できます。ウェザーフィッシュや他のドジョウなどの魚も低圧領域に反応することが知られていますが、浮き袋はありません。

水中で空気の匂いを感じるのと同等のことは、水中で味を感じることです。大型のナマズの多くは全身に化学受容器を持っており、触れたものを「味わう」ことができ、水中の化学物質を「嗅ぐ」ことができます。「ナマズでは、味覚は食物の方向と位置を判断する上で主要な役割を果たします」^{[14] 。}

サケは嗅覚が鋭い。匂いが帰巣のきっかけになるかどうかについての推測は、19世紀にまで遡る。^{[15] 1951年、ハスラーは、サケは生まれた川の}河口付近に来ると、匂いでわかる、生まれた川に特有の化学的な手がかりを、川の入口に帰巣するメカニズムとして使うのではないかという仮説を立てた。 ^[16] 1978年、ハスラーと彼の学生は、サケが故郷の川を非常に正確に見つけられるのは、確かにその川の特徴的な匂いを認識できるからだと説得力のある形で示した。彼らはさらに、サケが海へ回遊する直前にスモルトに変化する時に、川の匂いがサケの体に刻み込まれることも実証した。^{[17] [18] [19]}帰巣するサケは、本流を遡る際に支流の特徴的な匂いも認識できる。彼らはまた、同種の幼鳥が発する特徴的なフェロモンに敏感である可能性があり、「同種の2つの集団を区別できる」という証拠がある。^{[17] [20]}

サメは鋭い嗅覚を持っており、前鼻孔と後鼻孔の間にある短い管（硬骨​​魚類とは異なり癒合していない）に位置しており、一部の種は海水中の1ppmという少量の血液を検出できる。^[21]サメは、各鼻孔での匂い検出のタイミングに基づいて、特定の匂いの方向を判断する能力がある。^[22]これは、哺乳類が音の方向を判断するために使用する方法に似ている。サメは多くの種の腸内にある化学物質に引き寄せられ、その結果、下水排出口の近くまたは中にとどまることが多い。コモリザメなどの一部の種は、獲物を感知する能力を大幅に高める 外部ひげを持っている。

MHC遺伝子は多くの動物に存在し、免疫システムにとって重要な遺伝子群です。一般的に、異なるMHC遺伝子を持つ親から生まれた子孫はより強い免疫システムを持ちます。魚は潜在的な性交渉相手のMHC遺伝子の一部を嗅ぎ分けることができ、自分とは異なるMHC遺伝子を持つ相手を好みます。^[23]

電気受容とは、電界や電流を検知する能力である。ナマズやサメなどの一部の魚類は、ミリボルトオーダーの微弱な電位を検知する器官を持っている。^[24]南米の電気魚類Gymnotiformesなどの他の魚類は、微弱な電流を発生させることができ、それをナビゲーションや社会的コミュニケーションに使用している。サメでは、ロレンチーニ器官が電気受容器官である。その数は数百から数千に及ぶ。サメはロレンチーニ器官を使用して、すべての生物が発する電磁場を検知する。 ^[25]これはサメ（特にアオザメ）が獲物を見つけるのに役立っている。サメはあらゆる動物の中で最も優れた電気感受性を持っている。サメは砂の中に隠れた獲物が発する電界を検知することで、獲物を見つける。地球の磁場内を移動する海流も電界を発生させ、サメはこれを方向感覚やナビゲーションに利用できる。^[26]硬骨魚類 のうち、電気ナマズは電気受容を利用して泥水の中を進む。これらの魚はスペクトル変化と振幅変調を利用して、形状、大きさ、距離、速度、伝導率などの要素を決定する。電気魚がコミュニケーションをとり、種内の性別、年齢、階層を識別する能力も電界を通じて可能になる。5nV/cmという低いEF勾配は、一部の海水弱電気魚で見られる。^[27]パドルフィッシュ（Polyodon spathula ）を含むいくつかの基底硬骨魚は電気受容器を持っている。パドルフィッシュは、その延長した吻部または吻にある何千もの小さな受動電気受容器を使用してプランクトンを狩る。パドルフィッシュは0.5～20Hzで振動する電界を検出することができ、大規模なプランクトンの群れはこの種の信号を生成する。^{[28] [29]}

磁気受容とは、地球の磁場に基づいて自分が向いている方向を検知する能力である。1988年、研究者らはベニザケの頭蓋骨の中に単磁区 磁鉄鉱の形で鉄を発見した。その量は磁気受容に十分であった。^[30]

サケは繁殖地から数千マイルの距離を定期的に移動します。 ^[31]

サケは幼少期を川で過ごし、その後海へ泳ぎ出て成魚となり、体重の大部分を増加します。海で長い距離を数年さまよい成長した後、生き残ったサケのほとんどは同じ生まれ故郷の川に戻って産卵します。通常、サケは生まれた川に驚くほど正確に戻ってきます。ほとんどのサケは川を遡って、元々の生まれた産卵場にたどり着きます。^[17]

この現象の仕組みについてはさまざまな説がある。1つの説は、サケが地磁気や化学的な手がかりを利用して生まれた場所に戻るというものである。海にいるときは、地球の磁場に関連する磁気受容を利用して海中での方向を定め、生まれた川の大まかな位置を把握し、川に近づくと嗅覚を使って川の入り口や生まれた産卵場までたどり着くと考えられている。 ^[32]

ウィリアム・タヴォルガが行った実験は、魚が痛みや恐怖に反応するという証拠を示しています。例えば、タヴォルガの実験では、ヒキガエルは電気ショックを受けるとうなり声を上げ、時間が経つにつれて電極を見ただけでうなり声を上げるようになりました。^[33]

2003年、エディンバラ大学とロスリン研究所のスコットランドの科学者は、ニジマスが他の動物の痛みに関連する行動を示すと結論付けた。唇に蜂毒 と酢酸を注入すると、魚は体を揺らし、水槽の側面や底に唇をこすりつけた。研究者は、これは哺乳類と同じように痛みを和らげようとする行動だと結論付けた。^{[34] [35] [36]}ニューロンは人間のニューロンパターンに似たパターンで発火した。^[36]

ワイオミング大学のジェームズ・D・ローズ教授は、 この研究は魚が「意識、特に人間の意識と似たような意識」を持っているという証拠を示していないため、欠陥があると主張した。^[37]ローズ教授は、魚の脳は人間の脳と大きく異なるため、魚はおそらく人間のように意識を持っておらず、痛みに対する人間の反応に似た反応は他の原因によるものだと主張している。ローズ教授は1年前に、魚の脳には大脳新皮質がないため、魚は痛みを感じることができないと主張する研究を発表していた。^[38]しかし、動物行動学者のテンプル・グランディン教授は、「異なる種は、同じ機能を処理するのに異なる脳構造とシステムを使用できる」ため、大脳新皮質がなくても魚は意識を持つことができると主張している。^[36]

動物愛護活動家は、釣りによって魚が苦しむ可能性について懸念を表明している。ドイツなど一部の国では特定の種類の釣りを禁止しており、英国のRSPCAは現在、魚に対して残酷な行為をする個人を訴追している。^[39]

• Collin SP および Marshall NJ (編) (2003) 水生環境における感覚処理 Springer. ISBN 9780387955278 . 
• Green, WW および Zielinski BS (2013)「化学受容」DH Evans、JB Claiborne、S Currie (編) 『魚類の生理学』第 4 版、pp. 345–373、CRC Press。ISBN 9781439880302。 
• Popper AN および Fay RR (1993)「魚による音の検出と処理: 批判的レビューと主要な研究課題」(2 部構成)脳、行動、進化、41 (1): 14–25. doi :10.1159/000338719 PDF パート 1 PDF パート 2
• スティーブンス、マーティン（2013）感覚生態学、行動、進化オックスフォード大学出版局。ISBN 9780199601783。 
• Webb JF、Fay RR、Popper AN (2008) 「魚類生体音響学」Springer。ISBN 9780387730288。