タコの腕がそれぞれ自分の意思で動く理由

タコには驚くべき点がたくさんあります。タコは知能が高いことで有名で、心臓が 3 つあり、眼球はプリズムのように機能し、色を自由に変えることができ、皮膚で光を「見る」ことができます。しかし、この生き物の最も印象的な点の 1 つは、8 本の腕のそれぞれがまるで自分の意思を持っているかのようで、人間が夢見ることしかできない方法でタコがマルチタスクをこなせることです。

各腕の中心には軸神経索（ANC）と呼ばれる構造があり、1月15日にネイチャー・コミュニケーションズ誌に掲載された新しい研究では、この神経索の構造が腕の動きにどのような基礎を与えているかを検証している。論文の筆頭著者であるキャサディ・オルソン氏は、タコの腕の仕組みを理解するにはANCを理解することが重要だとポピュラーサイエンス誌に説明している。「ANCは、各腕の中心を走る脊髄に相当するものと考えることができます。」

オルソン氏は、「[ANC と脊椎動物の脊髄には] 大きな類似点が数多くあります。細胞体領域、神経網領域、そしてそれぞれの腕と脳をつなぐ長い経路があります」と説明しています。つまり、タコの腕は人間の手足や他の脊椎動物の腕とは非常に異なっています。オルソン氏によると、タコの腕は脊椎動物に見られるものをつかむのに適した尾に最もよく似ています。「動きの観点から、私は [よく] 脊椎動物の尾とタコの腕の類似点について考えていました」。

しかし、尾と違って、タコの腕には骨がありません。技術的には、腕は筋肉、結合組織、神経組織のみで構成された「筋肉ハイドロスタット」と呼ばれる構造の一種です。（オルソン氏によると、このような構造の別の例としては、人間の舌があります。）これにより、タコは尾よりもはるかに自由に動くことができ、驚くべき器用さを発揮することができます。そしてもちろん、各腕には吸盤がちりばめられており、タコは吸盤をすべて独立して制御でき、必要に応じて個々の吸盤の形を変えることができます。また、すべての吸盤は触覚だけでなく、匂いや味を感じることもできます。

タコの腕にニューロンが詰まっているのも不思議ではない。実際、論文が指摘しているように、「タコの 8 本の腕には、脳よりも多くのニューロンが分布している」。これにより、各腕に一定の自律性が与えられ、タコはいくつかの腕を使って 1 つの作業を行いながら、別の腕でまったく別の作業も行うことができる。たとえば、タコが複数の腕を使って海底を移動しながら、他の 2 本の腕で貝殻を割っているのを見るのは珍しいことではない。また、各腕は中枢脳を介さずに刺激に独立して反応することができる。（後者の事実を示すかなりぞっとするような事例がある。「切断されたタコの腕は、脳からの命令がなくても、依然として自分で動き回る」とオルソンは言う。）

オルソン氏は、各腕が示す自律性の度合いは、「基本的な動作のための回路の多くが ANC 自体に含まれていることを示している」と述べている。しかし、この回路がどのように分布しているかは不明であり、この新しい研究の重要な発見は、ANC が腕に沿って縦方向に走るセグメントに分割されているということである。

オルソン氏によると、このモジュール構造のおかげで、タコの脳がすべてを制御するのではなく、腕の動きを制御する作業の一部をこれらのセグメントのニューロンに委任できるようになったという。「ANC の細胞体層に見られるセグメントは、ANC に沿った繰り返し処理ユニットと考えることができます」と彼女は言う。「これにより、脳から神経繊維の束を通じて送られる中央コマンドではなく、腕の運動制御を小さなユニットに分割してローカル処理できるという利点が得られます。」

このような分節構造はタコに特有のものではなく、例えば虫の体も完全に分節化しているが、タコの腕と虫のような生物の主な違いは「頭足動物の腕に見られる分節構造は、主に神経系に関係している」ことだとオルソン氏は言う。

タコの腕の内部構造は、人間の日常生活とはかけ離れているように思えるかもしれないが、この研究には驚くほど多くの実用性がある。一般に想像されるクロムメッキの鋼ではなく、柔らかくしなやかな素材でロボットを製作する「ソフトロボティクス」の分野は、タコから多くのインスピレーションを得ている。この分野の設計者は、タコの腕に似た構造にセグメント化されたデザインをよく使用しており、オルソン氏は、自然界でそのような設計例を見つけることで、そのようなロボットを改良し、改善できる可能性があると述べている。「私たちの研究は、タコのANCが腕と吸盤を制御する回路フレームワークを提供します。これは、タコの腕を模倣しようとするソフトロボットの設計に使用できます。」

特に、彼女はチームが発見した、いわゆる「吸盤位」の証拠を挙げている。これは、個々の吸盤の神経の位置を参考にして ANC に作成された吸盤位置の空間マップである。これに対する神経配線は「リング アトラクター構造を彷彿とさせる」と彼女は言う。リング アトラクター構造は一種のジャイロスコープとして機能し、動物 (またはロボット) が空間内で自らの方向を決めることを可能にする神経構造の一種である。これらは腕と吸盤の生物物理学的モデルを作成するために使用されており、実際の例によってこれらの設計を改良する新しい方法が得られる可能性がある。

オルソン氏は、タコの生態についてはまだ解明されていないことがたくさんあるため、このような知見はまだまだ得られるはずだと語る。そして、頭足動物の体と神経系が人間のものと大きく異なるからこそ、予想外の知見が得られる可能性があるのだ。オルソン氏は、これがこれらの動物の研究を難しくも魅力的にもしている理由だと語る。「頭足動物の神経系を研究するのは刺激的です。タコは数百万年前に脊椎動物から分岐し、非常に異なる体型をしています。そのため、神経系の構造と機能について、何がまだ似ていて何が違うのかを問うのは興味深いことです。」