カウンターイルミネーション

カウンターイルミネーションは、ホタルイカや海軍少佐の魚などの海洋動物や軍事プロトタイプに見られるアクティブカモフラージュの方法であり、明るさと波長の両方で背景に一致する光を生成します。

中層水域の海洋動物は、下から見ると明るい水面に対して暗く見える傾向がある。下向きの表面にある発光体から光を発し、背景に対するシルエットのコントラストを弱めることで、捕食者だけでなく獲物からも身を隠すことができる。光は動物自身によって生成される場合もあれば、共生細菌（多くの場合Aliivibrio fischeri ）によって生成される場合もある。

カウンターイルミネーションは、メラニンなどの色素のみを使用して影の出現を減らすカウンターシェーディングとは異なります。カウンターシェーディングは、透明化や銀化とともに、水中迷彩の主要なタイプの 1 つです。これら 3 つの方法はすべて、開放水域の動物を周囲の環境に似せます。

対照明は軍事的には広く使用されていないが、第二次世界大戦中にはカナダの拡散照明迷彩プロジェクトで艦船に、またアメリカのイェフディ灯プロジェクトで航空機に試験的に使用された。

海では、カウンターイルミネーションは水中カモフラージュの3つの主要な方法の1つであり、他の2つは透明化と銀化です。^[1]海洋動物、特に甲殻類、頭足動物、魚類では、カウンターイルミネーションカモフラージュは、生物の腹面の発光器からの生物発光光が環境から放射される光と一致する場合に発生します。 ^[2]生物発光は、下向きの光によって生成される生物のシルエットを隠すために使用されます。カウンターイルミネーションは、多くの海洋動物が使用するカウンターシェーディングとは異なります。カウンターシェーディングでは、色素を使用して体の上部を暗くし、下部を色素で可能な限り明るくします（つまり白）。動物の下側に当たる光が弱すぎて背景とほぼ同じ明るさに見えない場合、カウンターシェーディングは失敗します。これは通常、背景が比較的明るい海面であり、動物が海の中深部を泳いでいる場合に発生します。カウンターイルミネーションはカウンターシェーディングよりもさらに進んで、実際にボディの下側を明るくします。^{[3] [4]}

対光は、光を生成する器官、発光器官に依存しています。発光器官は、魚や頭足動物を含む多くの海洋動物に光点として現れる、ほぼ球状の構造です。この器官は単純なものから、レンズ、シャッター、カラーフィルター、反射板を備えた人間の目のように複雑なものまであります。^[5]

ハワイアンダンジイカ( Euprymna scolopes )では、発光はイカの外套腔内の大きく複雑な 2 裂片からなる発光器官で行われる。発光器官の上部 ( 背側 ) には反射器官があり、光を下方に向ける。その下には、発光共生細菌を含む上皮で覆われた容器 ( 陰窩 ) がある。その下には、墨嚢の枝 ( 憩室 ) からなる一種の虹彩があり、その下には水晶体がある。反射器官と水晶体はどちらも中胚葉に由来する。光は器官から下方に逃げ、一部は直接進み、一部は反射器から出る。毎朝夜明けに発光細菌の約 95 % が排出される。発光器官内の細菌数は日中にゆっくりと増え、夜になると最大で約10 ¹²個になる。この種は日中は捕食者から逃れるために砂の中に隠れ、日中は対抗照明を試みない。対抗照明には発光器官からの光よりもはるかに明るい光が必要になるからだ。発せられた光はイカの下側の皮膚を通して輝く。イカは光の生成を減らすために虹彩の形を変えることができる。また、下側の黄色フィルターの強度を調整することもできる。これにより、おそらくは放射される波長のバランスが変わる。光の生成は下向きの光の強さと相関しているが、明るさは約3分の1である。イカは明るさの繰り返しの変化を追跡することができる。^[6]

夜行性の生物は、夜になると、発光の波長と光の強度を下向きの月光に合わせ、泳ぎながらそれを下向きに向けることで、下にいる観察者に気付かれないようにする。^{[6] [7]}

毎日、表層水と深海の間を移動するイシダイ（Abralia veranyi）という種では、冷たい水ではより青く、暖かい水ではより緑色の光が放出されることが研究で示され、温度が必要な発光スペクトルのガイドとして役立つことがわかった。この動物は下側に550個以上の発光器官を持ち、体全体に4～6個の大きな発光器官の列が走り、表面には多数の小さな発光器官が散在している。摂氏11度の冷たい水の中では、このイカの発光器官は、490ナノメートル（青緑）にピークがある単純な（単峰性の）スペクトルを生成した。摂氏24度の暖かい水の中では、同じ発光器官のグループから、約440ナノメートル（青）に弱い発光（主なピークの横に肩を形成）が追加された。他のグループは光に照らされずに残った。他の種、そしておそらくは他のグループの発光体を持つA. veranyiは、必要に応じて第 3 のスペクトル成分を生成できる。別のイカAbralia trigonura は、3 つのスペクトル成分を生成することができる。25 ℃で出現する 440 および 536 ナノメートル (緑) の成分は、明らかに同じ発光体から発せられる。そして 6 ℃で最も強い成分である 470～480 ナノメートル (青緑) の成分は、明らかに別のグループの発光体から発せられる。多くの種は、さらに、選択したカラー フィルターを通過させることで、発する光を変化させることができる。^[8]

海軍少尉級の魚である Porichthys notatusでは、対照明迷彩により、それを使用している個体の捕食は使用していない個体に比べて半減した。^{[6] [9]}

対抗照明として用いられる生物発光は、自生性（バンピロテウティス、スタウロテウティス、およびボリタネ科の浮遊性頭足動物のように動物自身によって生成される）または細菌性（細菌共生生物によって生成される）のいずれかである。発光細菌は、例えばハワイ^のダンゴイカの場合のように、多くの場合アリイビブリオ・フィッシャーリである。^[6]

シルエットを小さくすることは、主に中層水域の生物にとって捕食者に対する防御策である。外洋には逃げ場がなく、捕食は下から起こるため、指向性の高い下向きの光によるシルエットを小さくすることは重要である。^{[3] [11] [12]}ホタルイカ（Watasenia scintillans）、十脚類甲殻類、深海魚など多くの中層頭足動物は、対照明を使用する。これは、周囲の光量が低く、上から拡散した下向きの光だけが唯一の光源である場合に最も効果的である。 ^{[6] [3]} Dalatias licha、Etmopterus lucifer、Etmopterus granulosusなどの一部の深海サメは生物発光するが、これは下から襲ってくる捕食者から身を隠すためである可能性が高い。^[13]

捕食者回避メカニズムとしての有効性に加えて、対抗照明は捕食者自身にとっても不可欠なツールとして機能します。深海ベルベットベリーランタンシャーク（Etmopterus spinax）などの一部のサメの種は、対抗照明を使用して獲物から身を隠します。^[14]他のよく研究されている例としては、クッキーカッターシャーク（Isistius brasiliensis）、海洋ハチェットフィッシュ、ハワイアンダンジイカなどがあります。^{[6]サメの種の10％以上が生物発光する可能性がありますが、}ランタンシャークなど一部の種は、信号とカモフラージュのために光を使用する可能性があります。 ^[15]

対光カモフラージュされた動物は完全には見えないわけではない。捕食者は、十分に鋭い視力があれば、カモフラージュされた獲物の下面にある個々の発光器官を識別できるし、獲物と背景の残りの明るさの差を検出することもできる。視力が 0.11 度 (弧) の捕食者は、マデイラ ランタンフィッシュCeratoscopelus maderensisの個々の発光器官を最大 2 メートル (2.2 ヤード) の距離から検出でき、視力が劣る場合でも発光器官のクラスターの全体的な配置を見ることができる。Abralia veranyiにもほぼ同じことが当てはまるが、8 メートル (8.7 ヤード) 離れたところからでも背景に対して暗く見える、点灯していないひれと触手によってその正体が大部分判明した。それでも、これらの種の対光カモフラージュは非常に効果的で、検出可能性を大幅に低下させている。^{[2] [a]}

対照明の形態をとるアクティブ迷彩は軍事目的で使われることはほとんどありませんでしたが、第二次世界大戦以降、船舶や航空機の迷彩に試作されてきました。 ^{[16] [17] [18]}

拡散照明迷彩は、夜空のほのかな輝きにマッチするように可視光を船の側面に投影するもので、 1941年以降カナダ国立研究会議で試験的に導入され、その後第二次世界大戦中にはイギリス海軍でも使用された。約60個の投光器が船体の周囲全体と艦橋や煙突などの上部構造物に取り付けられた。平均して、このシステムにより、浮上中の潜水艦から船が見える距離は、双眼鏡を使用した場合は25%、肉眼を使用した場合は33%短縮された。この迷彩は晴れた月のない夜に最も効果を発揮した。1942年1月のそのような夜、HMSラーグスは、逆照明を当てると2,250ヤード (2,060 m) まで接近するまで見えなかったが、照明がない場合は5,250ヤード (4,800 m) から見え、距離が57%短縮された。^{[16] [19]}

1916年、アメリカ人芸術家のメアリー・テイラー・ブラッシュは、モラン・ボレルの単葉機の周囲に電球を設置してカモフラージュする実験を行い、1917年に「空中では実質的に目に見えない機械を製作できる」と主張して特許を申請した。このコンセプトは第一次世界大戦中にはそれ以上発展しなかった。^[20]

カナダの艦艇のコンセプトは、1943年に始まったイェフディ灯プロジェクトで、 B-24 リベレーターやTBM アベンジャーなどのアメリカの航空機で試験され、空の明るさに合わせて自動的に調整される前方指向ランプが使用されました。その目標は、レーダーを搭載した海洋捜索航空機が、到着から発見される前に浮上中の潜水艦に 30 秒以内に接近できるようにし、潜水艦が潜水する前に航空機が爆雷を投下できるようにすることでした。航空機の表面全体を照らすのに十分な電力がなく、拡散照明迷彩のような船外ランプは航空機の表面上の気流を妨げたため、前方指向ランプのシステムが選ばれました。これらはビームの半径が 3 度であったため、パイロットは航空機の機首を敵に直接向けて飛行しなければなりませんでした。横風の場合、機首を風上に向ける直線経路ではなく、曲線の進入経路が必要でした。 1945年の試験では、カモフラージュされていない航空機では目標から12マイル（19 km）離れたところからでも発見できたのに対し、逆照明付きのアベンジャーは目標から3,000ヤード（2.7 km）離れたところからでも発見できた。^[17]

このアイデアは1973年に「コンパスゴースト」プロジェクトでF-4ファントムに迷彩灯が取り付けられたときに再検討されました。 ^[18]

• サイエンティフィック・アメリカン：発光生物 10 種
• サイエンス誌：中深海イカの生物発光
• Nova: サイエンスナウ: 暗闇で光るイカ ( Abralia veranyi の腹が光る)