動物の反射体、あるいは動物の鏡は、多くの種類の動物の生存にとって重要であり、場合によってはフォトニック結晶を開発する技術者によって模倣されてきました。例えば、銀色の魚の鱗や、犬や猫の目の輝きの原因となるタペタム（輝板）などが挙げられます。これらの反射体はすべて、波長未満の多層構造における光の干渉によって機能するため、フォトニック結晶に分類できます。他の動物のフォトニック結晶は、狭いスペクトルを反射するように進化し、動物の色彩を生み出しています。
機能
迷彩
銀色の魚の鱗は、側面からの光を反射することで捕食者による発見を困難にします。これは、反射光が獲物がいないときの入射光と似ているためです (図 1)。
光を集束させる
ホタテガイ（櫛形貝）などの二枚貝類の眼は、眼の奥にある凹面鏡（銀眼）を用いて網膜上に像を結像させる。深海に生息するオオホラガイ類のギガントキプリスは、放物面反射鏡を備えた眼を持つ。エビやロブスターなどの長体十脚類甲殻類の複眼は、四角い箱の中に鏡を内蔵している[1]。
網膜感度の向上
ほとんどの夜行性脊椎動物は、網膜の裏側に反射膜であるタペタム（輝板）を有しており、これが猫や犬に見られる「眼光」を生み出します。光受容器に吸収されなかった入射光子は反射され、吸収されて神経信号を生成する可能性が高まります。
反射のメカニズム
シュルツは1872年に、食肉目動物のタペタの多層構造からの反射は干渉によるものであると断言しました。[4]レイリー（1887）は、薄い透明層を積み重ねた反射体は単層よりも強く反射すると述べていますが、[5]彼が数学的な分析を発表したのは1917年になってからでした。[6]多層反射体は1950年代に技術者によって構築され（誘電体ミラーを参照）、1966年にはMFランドが電子顕微鏡、光学測定、理論の明確な説明を含む動物の反射体の完全な分析を発表しました。[7]
1次元多層構造の反射鏡
動物の多層反射体は、高屈折率と低屈折率の層が交互に積層された人工誘電体ミラー（ブラッグミラー）と同様に機能し、各層の厚さは最も強く反射される波長の1/4である。 [8]広範囲の波長を反射するには、積層体の厚さ全体にわたって間隔を変化させる必要がある。[9]平らなグアニン結晶（屈折率、n = 1.83）と細胞質（n ≈ 1.33）が交互に積層された反射体は、魚の鱗と板鰓類の眼のタペタムで独立して進化してきた（Gur 2017）。ガラゴガラゴ（Galago crassicaudatus）のタペタムも同様の構造をしているが、リボフラビン（n = 1.73）の結晶が使われている。
二次元構造の反射器
食肉目動物（ネコ、イヌ、ライオンなど）のタペタムには、非常に規則的な桿体状の小柱が配列しており、ブラッグの法則に従って格子面からの光を反射します（図2A）。各小柱状の小柱領域はそれぞれ異なる間隔を持ち、主面（図2Bで水平方向に示す）から異なる色を反射するため、ほぼ平行な照明下では異なる色の斑点が見られます（図1C）。格子面が様々な傾斜角で存在するため、タペタム全体は拡散反射し、ほとんど虹彩色を呈しません。
参考文献
- ^ Land, MF(2000) ミラー光学系を備えた眼. Journal of Optics A - Pure and Applied Optics 2 (6) R44-R50.
- ^ Pedler, C. (1963). タペタム・セルロサムの微細構造. Expl Eye Res. 2,189-19
- ^ Coles, JA (1971) 猫の眼のタペタム・ルチダムの反射特性. J. Physiol.(Lond.), 212, 393-409
- ^ シュルツェ、M. (1872)。 Raubthiere の Choriodes des Auges der Raubthiere でタペタムを利用します。 Sitzungsberichte der niederrheinischen Gesellschaft für Natur- und Heilkunde、29、215-216。
- ^ レイリー第3代男爵 (1887) XVII. 二倍周波数の力による振動の維持と周期構造を持つ媒質中の波動の伝播について。Phil. Mag. Series 5, vol.24 No.147, 145-159, doi :10.1080/14786448708628074.
- ^ レイリー第3代男爵 (1917). 規則的に成層した媒質からの光反射について. Proc. R. Soc. A, 93. 565-577.
- ^ Land, MF (1966) ホタテガイの眼における多層干渉反射体. J. Exp. Biol. 45, 433-447.
- ^ Huxley, AF (1968) 多層構造による光の反射の理論的取り扱い．J. Exp. Biol. 48 (2) 227-245.
- ^ Land, MF (1972) 動物反射体の物理学と生物学 Prog. Biophys. Mol. Biol. 24, 75-106.
