魚の目は、どう見えているのか

      2018/01/27

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Picture by in-fisherman.com

こんにちは!店長の小山です!

本日は海外サイトより、”Understanding Fish Vision”という記事を引用してご紹介いたします。

引用先:in-fisherman.com”Understanding Fish Vision”by Steve Quinn November 27th, 2017(海外サイトです)

 

釣りをする人ならば、誰でも1度は疑問に思うことなのではないでしょうか。

「魚は、どんな風に見えているのか」

見えると言っても広い意味があって、遠くまで見える力、細かいことまで見える力、色を見分ける力、動きを見切る力、などがありますよね。

生きているエサではなく、偽物のエサを使う釣りをしているからこそ、気になることです。

この記事は、アメリカのフィッシングメディア「In-Fisherman」によって、ゲームフィッシュの目の見え方が研究されたものです。

なんといっても、これは生物学的な視点と、釣り人としての視点、両方の切り口で研究されているところがとても面白い内容です。

ちょっと長いのですが、ぜひ読んでみて下さい。

 

魚の見え方を理解する

In a sense, fish are hard-wired to bite. Their reactions to external stimuli are based on electrical messages passed from diverse sensory systems to the brain, via a vast nervous system. And especially in winter, vision is their most important sense.

Fish vision is complicated by their existence in water, a medium that ranges from what’s called “gin clear” to tea-stained or even murkier. But while water color can change quickly in open-water conditions, due to rain or dam releases, water under ice tends to be stable, and often the clearest of the year. Once covered, wind no longer stirs sediment, and particulate matter drifts to the bottom. Moreover, ice and snow cover block a large portion of the sun’s light, limiting photosynthesis by planktonic algae and aquatic plants. Plankton blooms are rare, further clearing the underwater environment.

Under ice, sight-feeders, including most key winter species, rely on vision even more than in open water. And while this makes them susceptible to our many artificial lures and artful presentations, water clarity gives them a clear line of view on a lure that’s more or less hanging in place, not scooting along on a trolling pass. No wonder fish can get finicky, especially by midwinter.

Years ago, in a fish physiology class, my professor began a lecture on fish vision by projecting a foggy scene on the screen. “Think of how fog restricts your visual field,” he began. “In a pea-soup situation, you can barely see 30 feet in front of you, so it’s unsafe to drive. In a forest, even huge trees are obscured. But as you walk closer to them, trees come gradually into view. Standing next to one in a dense fog, you can make out every detail of its bark.

“Fish live in perpetual fog, sometimes thin, sometimes thick. Our visual field can extend miles on a clear day, but in the clearest waterway, maximum visual distance is 100 to 150 feet and that’s rare. In some situations, it’s a matter of inches.” Absorption and scattering of light by water reduces and changes the light available for fish to see and define objects. And the more stain and particles present in water, the greater the effect.

魚がバイトするまでには、ある程度の仕組みがあります。彼らの外部刺激に対する反応は、多様な感覚系から広範囲にわたる神経系を介して、脳に伝達される電気信号に基づいています。特に冬には、「視覚」が最も重要な意味を持ちます。

魚の視覚は、ジン・クリアと呼ばれるものから茶色い水、さらにそれなりに濁った水のなかにいるほどに見づらくなっていきます。水の色は雨水やダムの放水など水面の状態によって急に変化することがありますが、氷の下にある水は安定している傾向があります。水面が氷に覆われると、風で水中を攪拌されることがなくなり、水中の細かい物質は底に沈んでいきます。さらに、氷や雪に覆われることで太陽光の大部分がブロックされ、植物プランクトン類や水生植物の光合成が制限されます。プランクトンが大量発生することはまれであり、さらなる水中の浄化が進みます。

氷の下では、冬に適合できる種の視覚フィーダー(目で獲物を捕らえるタイプの魚)は、オープンウォーターではさらに視力に頼っています。これにより、私たちの多くのルアーやフィネスプレゼンテーションに影響を受けつつも、水の透明性により、群れで回遊しているバスもある程度ルアーを見切ることができます。特に真冬になると、魚が口を使わなくなるのも不思議ではありません。

数年前、魚生理学の授業で、教授は霧の風景をスクリーンに映して魚の視覚に関する講義を始めました。 「霧があなたの視界をどのように奪うかを考えてみてください。霧が濃い状況では、目の前の9メートルしか見えないので、ドライブには危険です。森では、巨大な樹木でさえも良く見えません。しかし、それらの近くを歩いてみると、木々が徐々に見えるようになります。濃い霧の中でもすぐ隣に立てば、その樹皮の細部まですべて見ることができます。

「魚はこのような霧のなかで常に生きているようなものです。ときどきは薄く、ときどきは濃い霧。私たちの視界は晴れたときにはその距離を伸ばすことができますが、最もクリアな水中でさえ、視界の最大距離は30~45メートルで、それもまれです。だいたいの状況では、なんセンチの話です。」水による光の吸収と拡散は、魚が物体を見たり見極めるために必要な光を減少させ、変化させます。そして水の中に存在する汚れや粒子が多くなればなるほど、光の減少は大きくなります。

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魚の目のはたらき

Structurally, fish eyes are similar to ours. Both have an outer cornea, adjustable iris, lens, and a retina that contains rods and cones, the visual cells of the eye. When we dive under water, our vision is poor without a face mask, which provides a layer of air between or eyes and water. That layer is essential because of the difference in density between air and water. The greater the difference in density between two mediums, the greater the angle of refraction or bending of light. When light hits our eyes in air, refraction occurs at the cornea and the lens then focuses it on the photosensitive cells on the retina, located at the back of the eye.

Unlike the rather flat lenses of humans and other mammals, fish eyes have round lenses that protrude outward, giving them greater peripheral vision. A round lens is optimal for bending light. This spherical lens also is dense, with a refractive index of about 1.67, the highest of any vertebrate animal. These characteristics enable it to bend light so it can be focused on the retina. Their protruding lens gives fish their “bug-eyed” appearance, but also provides a much wider field of vision than ours. So, under water, many fish can see better than a human diver. Physiologically, fish can thus be said to “make the best of a bad situation.”

We focus light on our retinas by automatically changing the shape of our lens. But to maintain a refractive index of 1.67, a denser and more rounded lens is required. Without the ability to change its shape, fish instead alter the position of the lens, much like the way the lens of a single lens reflex (SLR) camera focuses by moving closer and farther from a subject.

Because of the visual limitations of their world, fish typically swim with the lens pushed forward by specialized muscles, since this position provides the best vision of rather close objects in front of them. To see more distant objects, the lens is pulled back by other muscles. The degree of this process, called accommodation, varies greatly among fish species, primarily based on their environments and their role. Sharks, for example, typically swim with their lens retracted, giving them an optimal view of distant surroundings, helpful for an ever-cruising predator.

Many of our freshwater gamefish have rather well-developed retractor lentis muscles and a high degree of accommodation, meaning they may feed by spotting a potential prey item at some distance, then approaching it as their lenses are moved forward for the best up-close look at it. The eyes of popular gamefish are designed for the sharpest three-dimensional focus on objects in front of the fish. So fish turn their body to face a potential prey item, sometimes tilting for the closest inspection.

Veteran ice anglers and those who make use of underwater cameras readily recognize this behavior. On sonar, a flicker on the outer edge of the screen becomes brighter, then looms red within inches of a bait. Or on an LCD screen, a line moves diagonally from the bottom toward one’s lure, then slows and stops. On a camera screen, I’ve watched the barely perceptible shadow of a pike or big bass gradually approach the camera lens over 10 seconds or more, then peer at it. In the case of pike, you’re sometimes assaulted by the sight of teeth and an esophagous.

Walleyes and saugers also have a reflective area on their retinas called the tapetum lucidum that gives them their baleful appearance and allows anglers to spot their eyeballs with a spotlight. This feature increases the sensitivity of the eye in low light by reflecting ambient light back over the rod cells so vision is improved. The tapetum is most developed in the lower portion of the retina, so in dim light, walleyes likely see objects above them better than below.

Because many species feed in both light and darkness, they have a mechanism of light and dark adaptation. In fish, the lens extends through the pupil, so they cannot adjust to light levels by contracting and dilating the pupil as we do. Instead, they undergo a synchronized shift of the rods, cones, and dark pigment granules. In bright light, pigment granules migrate toward the outer segments of the rods and cones, while the rods move back into the pigment for protection from the bright rays while cones move toward the light to enhance color vision. In low light, on the other hand, rods move toward the light and cones move away. This process of adaptation takes 30 to 60 minutes to complete.

構造的には、魚の目と人間の目は似ています。どちらも外側の角膜、調節可能な虹彩(絞り)、レンズ、および眼の視覚細胞であるロッドとコーンを含む網膜を持っています。私たちが水中に潜ったとき、水中メガネがないとかなり見づらくなります。水中メガネは目と水の間に空気の層を提供します。その層は、空気と水との間の密度の違いを作るために必要なのです。 2つの媒体の間の密度の差が大きいほど、光の屈折角が大きくなります。光が空気中で私たちの目に当たると、角膜で屈折が起こり、レンズが眼の後部にある網膜上の光感受性細胞に集中させます。

人間や他の哺乳類の平たいレンズとは異なり、魚眼レンズは外側に突き出した丸いレンズで、周辺の視角をより大きくします。丸いレンズは光を曲げるのに最適です。この球状レンズはまた高密度であり、屈折率が約1.67あり、脊椎動物の中で最も高いものです。これらの特性により、光を曲げて網膜に焦点を合わせることができます。魚のその突き出したレンズは、「虫眼鏡」のようにも見えますが、私たちよりもはるかに広い視野を提供します。したがって、水の中では、多くの魚が人間のダイバーよりもよく見えています。生理学的には、魚はこのように「最悪の状況で最善を尽くしている」と言えるでしょう。

レンズの形状を自動的に変えることで、私たちは網膜に光を当てます。しかし、1.67の屈折率を維持するためには、より高密度でより丸いレンズが必要です。魚はその形状を変えることができないため、レンズの位置を変えます。一眼レフ(SLR)カメラのレンズが、被写体から遠ざかってピントを合わせるのと同じようにです。

水中の世界は視覚的に制限されているため、一般的には魚はある筋肉によって水晶体を前方に押し出された状態で泳ぎます。より遠くの物体を見るためには、レンズは別の筋肉によって引っぱられます。このプロセスの程度はアコモディションと呼ばれ、環境やその魚の役割により魚種によって大きく異なります。例えばサメは、通常はレンズを引っ込めて泳いでいて、遠くの周囲を見渡せるようになっています。これは回遊する捕食者には役立ちます。

淡水のゲームフィッシュの多くは、発達したその引っ張る筋肉と高度な調節力を持っています。つまり、目をつけた獲物との距離を計り食べれるかどうかを見極めます。そしてレンズを前方に動かし、クローズアップしながら接近します。だいたいのゲームフィッシュの目は、魚の前方の物体に3次元で鋭くピントが合うように設計されています。ですので魚は目をつけた獲物の方を向くように身体を回し、時には最接近し調査したうえで攻撃します。

ベテランのアイスフィッシングマンや水中カメラマンは、この行動を認識しています。魚探画面で、魚と思われる線がルアーに向かって下から斜めに動き、ゆっくりと停止します。カメラのモニターでは、パイクや大きなバスがかろうじて目に見えるところから10秒以上かけて徐々にカメラのレンズに近づいてきて、ずっとカメラを凝視しているのを見てきました。パイクの場合、歯や食道を見せて襲ってくることもあります。

ウォールアイには、美しい外観の特徴と言えるタペータムと呼ばれる角膜が白く濁った反射領域があり、釣り人はよくそこに注目し眼球に見とれます。この特徴により、周囲の光をロッドセル上に戻すことによって低照度でも目の感度を高め、視力が改善されます。 タペータムは、網膜の下部が最も発達しているので、薄暗い場所では、ウォールアイは自分より上の物体がよく見えます。

多くの種が明暗両方の状況でフィーディングしているので、明暗への適応の機能があると言えます。魚は、レンズは瞳孔を通して広がっているので、瞳孔を収縮や拡張させることによって光のレベルを調整することはできません。代わりに、(網膜の)ロッド、コーン、濃い色素顆粒をシンクロさせることができます。明るい光では、色素顆粒がロッドとコーンの外側セグメントに向かって移動し、ロッドは光線からの保護のために顔料に戻って行き、コーンは光の方へ移動して色覚を向上させる。一方、低照度では、ロッドは光の方に移動し、コーンは遠ざかります。この適応プロセスは30分から60分で完了します。

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魚は何が見えるのか

The well-developed eyes of fish contain sensory cells in the retina to form detailed images, ­including some level of color vision for most freshwater predators. But eyes are merely receptors. The brain then must interpret these images. It assembles bits of information on movement, shape, color, and more, then creates some sort of composite image that informs the brain of possible actions—flee from a large predator; move a little closer to inspect potential prey; ignore a waving plant stalk; launch an attack; and so on.

Humans have large portions of our large brains devoted to analyzing visual images and remembering. Veteran anglers may be able to view and identify dozens of rather similar-looking spoons. But fish brains are relatively tiny. It seems likely that even top visual predators like pike and perch “see” only simplified images like basic shapes, sizes, motions, and color highlights of familiar objects and organisms. They likely can’t detect details such as lure brand or precise coloration, nor can they typically associate this shape with an unpleasant experience, such as being caught.
But their perceptive shortcomings don’t mean that fish can’t see small details. In laboratory settings, with clear water and a rather featureless environment, various species of gamefish have been trained to detect even slight differences in color and shape, though trial and error, and inspired by the reward of food, or else the punishment of some negative stimulus.

Fortunately for us anglers, fish in natural environments likely can’t duplicate such feats of learning and memory, given that they’re driven primarily by a need to seek food and avoid attack, typically without much time to ponder a decision. So we can sit over a school of crappies and catch one after another on a tiny spoon or soft plastic lure. The lure’s mediocre imitation of a natural prey, and the sight of their schoolmates being hauled away sometimes fail to lessen the action. And on many walleye lakes, anglers continually pound favorite spots with old favorite lures, catching fish regularly. Such situations can give the power of fish cognition a bad reputation. Instead, anglers often find optimal conditions and can take advantage of the competitive nature of schooling fish, especially since natural prey can be limited in winter.

On other days, we locate fish and try all manner of novel artificials, livebait additives, and our most finesseful presentation, yet are spurned. This can make anglers think fish are getting too “educated.” But instead, particularly in midwinter, reduced oxygen and the lower metabolic needs of fish can, at times, rob even big predators of an appetite.

よく発達した魚の目には網膜の感覚細胞が含まれており、ほとんどの淡水のゲームフィッシュは色覚を含む詳細な画像を見分けられます。しかし、目は単なる受信器です。脳がこれらの画像を解析しなければなりません。動き、形、色などの情報を組み立て、ある種の合成画像を作成します、例えばより大きな捕食者から逃げ出す、目をつけた獲物を検査するために少し動く、揺れるウィードの茎なら無視する、攻撃を開始する、など、脳に取るべきアクションを知らせます。

人間は、大きな頭の大部分を占める脳を持ち、視覚的な映像を分析して記憶することができます。ベテランの釣り人は、数多くの似たような見た目のルアーを目で見て識別することができます。しかし、魚の脳は比較的小さいです。パイクやパーチのような目で獲物を追うなかではトップクラスのフィッシュイーターでさえ、身近な物体や生物の基本的な形、大きさ、動き、色の濃淡などの単純な画像を「見るだけ」のようです。彼らにはルアーメーカーや正確な色合いなど詳細までは検出できていない可能性があります。また通常、このルアーを咥えると釣られるといった不快な体験を連想することもできません。
しかし、彼らが細部まで見ることができないということが知覚的な欠点だと意味するものではありません。研究所の実験室では、透明な水ととりわけ特徴のない環境のなかでは、色や形の僅かな差異など、試行錯誤しては食料なのかあるいは何らかの危険なものなのかを見極めようとしていました。

私たち釣り人にとっては幸いなことに、自然環境下の魚は、通常は食事を求めつつ外敵からの攻撃を避ける必要があり、通常はこれまでの学習や記憶をたどって決定するほどの時間がほとんどありません。ですから私たちは、クラッピーの群れの上にポジショニングして小さなスプーンやワームなどのルアーを使って次々に釣ることができます。ルアーが自然のエサをうまく模倣できていなくても、群れの仲間がどんどんいなくなってしまっているのに、そのアクションを学習することができないということです。そしてウォールアイのいる多くの湖では、釣り人はいつも古くからある方法や好きな釣りで魚を釣っています。そしてよく釣れています。このような状況は、魚の認知力に対し悪い評判を与えてしまう可能性があります。そうではなく、特に冬のように自然のエサも減ってしまう時期など、釣り人はだいたい最適な条件を見つけだし、群れている魚の競争心を利用して有利にしているのです。

他の日に、魚を見つけたら、あらゆる種類の新しいルアー、生きている餌でのムーチング、そして最もフィネスなプレゼンテーションも試してみてください。このとき釣り人は、どうやら魚が "スレてしまった"と思ってしまうはずです。しかし、特に冬の間、酸素の減少と魚の代謝の低下が大きな魚の食欲を奪うことがあるのです。

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色覚

The presence of visual cone cells strongly suggests that our common North American gamefish discriminate colors. And lab experiments have verified color vision in several fish species with good numbers of cone cells.

Walleyes, for example, have two sets of cone cells in their retinas: twin and single cones. The large twin cones contain a visual pigment most sensitive to wavelengths of light we call orange-red. Their less abundant single cones have a pigment most sensitive to green. So, they should have best discrimination between red and green. Eelpout have very few cone cells, suggesting their color vision is minimal, and of course they’re most active after dark.

But in addition to the physiological aspects of fish eyes, one must consider what light is available to them in their habitats. When sunlight strikes ice and snow, a great deal is reflected. Light that passes through is then transmitted downward, weakening as it gets deeper and is absorbed and scattered. The clearest water absorbs violet and red wavelegths more than intermediate wavelengths, and blue wavelengths reach deepest. That’s why underwater images from the deep ocean are saturated with blue.

Most lakes are far from clear, due to phytoplankton, dissolved matter, and suspended particles. In fertile waters, green is common, and reservoirs often show brown. In lakes with moderate plankton levels, blue and violet light are strongly absorbed while green and yellow wavelengths become dominant in deeper water. And in muddy water, red wavelengths are transmitted deepest.

For a fish to most easily detect an object, contrast between that object and the environmental background is beneficial. A lure is more easily seen when it contrasts, and that’s affected by the direction a fish is looking: up, down, out into open water, or into a mass of vegetation. So, using the walleye as an example again, a reddish or orange lure should be most easily seen against a greenish lake background or near vegetation. In a murky river backwater, contrasting hues of black and purple or blue should show best, while reds become harder to see. A chartreuse jig and black softbait, or a spoon with pink on one side and a glow or orange tone on the back should be good choices, too.

On ice, fish vision matters, often a lot, but that doesn’t preclude the importance of scent and taste, vibration detection, and sound. Flavorful offerings like eurolarvae, waxworms, crappie minnows, flavored lures, or a sucker minnow can count for a lot. And while anglers think of the scent or flavor of natural baits, it’s also their lifelike motions that can’t be fully replicated, despite our efforts.

ビジュアルコーン(色を見分けるための)細胞の存在は、私たち北米の一般的なゲームフィッシュたちが色を見分けられることを強く示唆しています。また、研究所での実験では、コーン細胞を持ついくつかの魚種で色覚を持つことを確認しています。

例えばウォールアイは、網膜に2組のコーン細胞を持っています:ツインとシングルコーンです。大きなツインコーンには、我々がオレンジやレッドと呼ぶ光の波長に最も敏感な視覚顔料が含まれています。シングルコーンには、緑に最も敏感な顔料を持っています。ですので、彼らには赤と緑の区別が最もしやすいはずです。 イールポート(ゲンゲ。巨大なウナギのようなナマズのような魚)にはコーン細胞がほとんどなく、色の区別は最小限であることが示唆されています。当然、彼らは日が暮れてからが最も活発です。

しかし我々は、魚の目の生理学的側面に加えて、彼らの生息地でどんな光が彼らに利用されているかを考慮する必要があります。太陽光が氷や雪に当たったとき、多くのことが反映されます。通過する光は下に透過し、より深くまでさし込むにつれ光は吸収され拡散し、弱まります。限りなく透明な水は、中間波長よりも紫色と赤色の波長を吸収し、青色の波長は最も深くまで到達します。そのため、海の深いところでの水中画像は青色でいっぱいになるのです。

ほとんどの湖は、植物プランクトン、溶存物質、浮遊粒子があるため、クリアとは言えません。栄養豊富な土壌の水域では緑の水が多く、リザーバーの多くは茶色い水が見受けられます。低いプランクトンレベルの湖では、青色と紫色の光が強く吸収され、緑色と黄色の波長がより深い水中で優勢になります。そしてマッディーウォーターでは、赤色の波長が最も深くまで透過します。

魚が最も楽に物体があることを検出するためには、その物体と背景とにコントラストがあることです。そのコントラストが強い時、ルアーは見えやすいのですが、それは魚が目を向けている方向に影響されます:上なら水面を、下なら大量のウィードです。ですので、ウォールアイを例に挙げてみますと、緑がかった湖のなかやウィードの近くでは、赤やオレンジのルアーが最も簡単に見えるはずです。暗い川のなかでは、黒と紫または青のコントラストのある色合いが最もよく発見され、赤は見えなくなります。また、チャートリュースのジグに黒いトレーラーや、片面がピンクで背中がグローかオレンジの色調のスプーンもいい選択でしょう。

氷が張った状況では、魚にとって視覚は重要になりますが、香りや味、振動、音の重要性が排除されるわけではありません。 紅サシ、ざざむし、クラッピーの稚魚、味付きワーム、ニゴイの稚魚のような味のあるエサや製品は、数多くあります。また、釣り人は自然の餌の味や香りのことを考えていますが、その努力もむなしく、彼らの生き生きとした動きは完全に複製することはできないのです。

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いかがでしたか。

いかがというか、話が難しいですね…英語力も必要ですし、国語力も必要な…私のレベルでは大変難しい記事でございました。分かりづらくてすみません(笑)

しかも、肝心のバスの話がないので、読んでてちょっと飽きてしまいますよね。

 

それでも読んでみると、人間と魚の目の構造の違いや、それによる行動パターンがあることが書いてあり、フィッシュイーター生態のひとつがわかりました。

 

魚は私が思っているよりもずっと見えていて、しかも見たものをちゃんと脳で解析しているんですね。

人間の脳の構造と一番の違いは、記憶する領域があるかないかというところなんでしょうか。人間には記憶があることで、これまでの経験からベストの判断として次の行動に移ることができますし、本能だけでなく理性を持った行動をとることができますが…。

でも人間だって、「おいしい」と思う話は、ちょっと怪しいと思っても乗ってしまったりしますよね…。結果、やっぱり騙されたりして(笑)。バスだって「おいしい」と思ったらうっかり手が出ちゃうんですから、実は人間とあまり変わらないのかもしれません。

 

よくプロのアドバイスで、「ワームは真っ直ぐに刺すこと」と言われますけど、ちょっと曲がったりしていると本当に食いが悪くなったりしますし、プロがそういう細かいところに妥協がないのは、神経が研ぎ澄まされた中でバスと対峙していることで分かったことなんでしょうね。

これはバスにとって「おいしい」と思わせることが増えれば増えるほどいいということを裏付けていることのひとつだと思います。

 

これからもっと魚の研究が進んで、魚のことがもっと分かってくれば、もっと変わったバスの誘い方やルアーが登場するのかもしれません。

釣りは色々な方向から考えることができるので面白いですね。

 

ただ、なかなか騙せないからバス釣りは楽しいんですけどね。

 

それでは、また。

 

毎度ありがとうございます!

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 - フィッシングライフ

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