ヒマワリの若い株は、空を動く太陽を追いかけることで知られています。
植物は光に向かって伸びるので、いちばん明るい方へ曲がるのは当たり前のように思えます。
では、同じくらい強い光が左右から同時に当たったら、芽はどちらへ伸びるのでしょうか？
そこへ、もっと弱い3つ目の光が加わったら、どうなるでしょう？
しかも植物には、脳がありません。
茎のあちこちで受けた光の情報を、どうやって1つの「伸びる向き」にまとめているのでしょうか？
ヒマワリの小さな芽を3つのランプで照らした実験で、芽が選んだ向きは、多くの人の予想とは違うものでした。
研究の詳細は、イスラエルのテルアビブ大学らにより、2026年9月22日付で学術誌『Proceedings of the National Academy of Sciences』に掲載されました。
脳のない植物は、光をどこで感じているのか
テルアビブ大学のヤスミン・メロズ教授らは、この問いにヒマワリの芽で挑みました。
多くの動物では、皮膚などの感覚の器官が信号を集め、それを脳が整理します。
しかし植物には、その仕事を受け持つ脳がありません。
代わりに、茎を曲げる向きを決める光のセンサーは、主に茎のいちばん外側の細胞の層にあります。
つまり茎の表面は、場所ごとに、そこに当たった光にだけ反応しているのです。
そして茎は、片側をもう片側より速く伸ばすことで曲がります。
チームは、茎の周り全体から来る信号を足し合わせて、伸びる向きを割り出すモデルを作りました。
研究者たちによれば、光の向きごとに生まれる「伸びる速さの差」は、そのまま足し合わせることができます。
つまり茎は、伸びること自体で信号の足し算をしているのです。
ただし、光の一部は茎を素通りして、反対側まで届いてしまいます。
チームは3Dプリンターで作った筒に茎を固定し、光の量を測る装置の前で31回測りました。
すると、茎に当たった光の平均10%ほどが、向こう側へ抜けていました。
反対側のセンサーは、この抜けてきた光から、逆向きの弱い信号を受け取ることになります。
実験に使ったのは、25℃で育てた生後1週間ほどの芽です。
高さは1〜3cmで、消しゴムほどの背丈しかありません。
芽の先端近くには蛍光の点を2つ描き、その作業は薄暗い緑の光の下で行いました。
芽が早いうちから光に反応しないようにするためです。
そのうえで、室内で青いLEDの帯を使って芽を5本ずつ照らし、少なくとも21時間、横から撮影しました。
2つの点の傾きから、先端がどれだけ曲がったかが分かります。
芽はおよそ16時間で、一定の角度に落ち着きました。
同じ明るさのランプ2つに挟まれた芽は、どこを向いて落ち着いた？
まずチームは、ランプを1つだけ当て、明るさを変えてみました。
明るくするほど、芽は大きく曲がりました。
ところが明るさを10倍の幅で変えても、曲がり方はそれに見合うほど大きくはなりません。
データに合ったのは、光を2倍明るくしても、信号は2倍よりずっと小さくしか強まらないという形でした。
研究者たちは、これを人の耳の感じ方にたとえています。
音は10デシベル上がると、ふつうはおよそ2倍の大きさに聞こえるのです。
研究者たちによれば、こうした「圧縮」のおかげで、植物は他の葉の陰の弱い光から直射日光まで対応できます。
次にチームは、強さの違う2つのランプを向かい合わせ、その間に芽を置きました。
芽は明るい方へ曲がり、明るさの差が大きいほど大きく曲がりました。
ただしここでも、差に比例してまっすぐ増えるわけではありませんでした。
ランプ1つの実験で測った「圧縮」の度合いをモデルに入れると、芽が落ち着く角度をよく予測できました。
小さな外れが1つだけあり、チームはわずかな照明のむらが原因だと見ています。
このモデルの理屈では、反対側から当たる同じ強さの光は、互いに打ち消し合うはずです。
実際、ほぼ同じ強さのランプに挟まれた芽は、まっすぐ上を向いたまま、ほとんど傾きませんでした。
そこでチームは、2つのランプと直角の位置に、3つ目のランプを加えました。
2つの強いランプはほぼぴったり同じ明るさにそろえ、3つ目はどちらの半分にも満たない明るさにしました。
34本の芽を上から21時間撮影し、葉を見分けるよう学習させたプログラムで、伸びた向きを追いました。
すると芽は、平均すると、弱い3つ目のランプの方へほぼまっすぐ伸びていたのです。
平均の向きと弱いランプの方向とのずれは、1度にも満たないものでした。
ただし1本1本の向きは、その平均の周りで大きくばらついていました。
左右の強い光は打ち消し合い、芽にとっては実質的に無いも同然になっていたわけです。
光で養分を作る植物にとって、これは直感に反する結果だと研究者たちは書いています。
研究者たちの見方では、植物はできるだけ多くの光を集めるように伸びているわけではないのです。
ヒマワリの芽が起こすかもしれない「目の錯覚」と、まだ分からないこと
同じ計算からは、もっと奇妙なことも予測されます。
明るさの違う2つのランプを直角に置くと、光がいちばん多く来るのは、2つの間の明るい方寄りの向きです。
ところがモデルの中の植物は、それぞれのランプの信号を「圧縮」してから足し合わせます。
そのため2つの信号の強さの釣り合いが変わり、芽が好む向きは、光が最も多い向きから少しずれるのです。
研究者たちはこれを、一種の「目の錯覚」と呼んでいます。
もちろん、植物が何かを見ているという意味ではありません。
計算では、このずれは最大でも6度ほどです。
2つのランプが同じ明るさのときや、ランプが1つだけのときには、ずれは消えます。
ただし、この錯覚は、生きた芽ではまだ確かめられていません。
伸びるヒマワリの茎は、円を描くように揺れ動きながら伸びるからです。
先ほどの実験でも、終わりの3時間に、芽の伸びる向きはふつう17度ほど揺れていました。
これほど揺れる中では、6度のずれは見分けられません。
一方でチームの分析によれば、この揺れがあっても、ずれが平均されて消えてしまうことはありません。
また実験は、室内の青いランプの下で、生後1週間ほどの芽だけを使って行われました。
大きく育った植物が、屋外で四方八方から来る光をどう扱うかは、まだ調べられていません。
「植物が、脳も中枢の処理システムも持たずに、環境の複雑な情報をまとめられるのは興味深いことです」とメロズ教授は話します。
「その計算は、茎の上で光がその場その場で感じ取られ、処理される仕組みから生まれるのです」
教授はさらに、この原理は植物にとどまらず、細胞や細菌など、分散した感覚に頼る生き物にも広がるかもしれないと述べています。
論文では、中央で制御する部分を持たずに感覚を分散させるソフトロボット(柔らかい素材で作ったロボット)など、人が作る仕組みの設計にも役立つかもしれないとしています。
まぶしいランプに左右から挟まれたヒマワリの芽は、平均すると、横から差す弱い光の方へまっすぐ伸びていったのです。
写真で見る各地のヒマワリ
参考文献
Sunflowers reveal a surprising secret about how plants sense light (Earth.com)
https://www.earth.com/plants/sunflowers-reveal-a-surprising-secret-about-how-plants-sense-light/
Nautilus (Nautilus)
https://nautil.us/plants-experience-optical-illusions-too-1286328/
New Study from the School of Plant Sciences at Tel Aviv University: (EurekAlert!)
https://www.eurekalert.org/news-releases/1150154
元論文
Nonlinear distributed sensing of light patterns leads to perceptual distortions in plants
https://doi.org/10.1073/pnas.2614473123
ライター
山下 浩介: むずかしい研究を、なるべく分かりやすく伝えたい。専門の言葉はふだんの言葉に置きかえて、身近な例で例える。それで「わかった」「楽しかった」と言ってもらえたら嬉しいです。
好きなのは、通学路や台所や日常の中にある科学。眠っているあいだに記憶が整理される話や、虫の鳴き方に意味がある話のように、読み終わったあとに誰かへ話したくなる研究を探しています。
編集者
ナゾロジー 編集部
