アリの群れが水上で「いかだ」になれる理由
ブラジルに生息するヒアリ(Fire Ant、学名Solenopsis invicta)は、暴風雨に見舞われたとき、「いかだ」を作って生き延びる。アリの外骨格はもともと水をはじくが、それでもアリが1匹の場合は、水に落ちれば溺れてしまう。ところがヒアリのコロニーは、洪水で巣から押し流されると、群れ全体で「いかだ」の形になり、そのまま水の流れに何週間も浮かび続けることができるのだ。
このヒアリの行動をヒントに、将来、小型の群ロボットが開発され、人間が入れないエリアを探索したり、流出した石油を除去したりするのに活躍するかもしれない。
Image: Nathan Mlot, Georgia Institute of Technology (以下すべて。動画も)
4月25日付けで『Proceedings of the National Academy of Sciences』に掲載された研究論文の執筆者である、ジョージア工科大学機械工学科の大学院生Nathan Mlot氏と、指導教官であるDavid Hu氏のチームは、アトランタ州の道路端でヒアリを数千匹集めた。針で刺すこのアリは、同州にも外来生物として生息する。
研究チームは、ヒアリが群れになると、やわらかい工作用粘土に似たコンシステンシー (変形や流動に対する抵抗性)を帯びることに気付いた。つまり、ヒアリの群れは蜂蜜やケチャップのようになり、通常、流体力学に用いられるような方程式で記述することが可能だ。
「これらのアリの固まりは、手で持ち上げることができるし、手の中でこねることもできる。ボールの形にして空中に投げても、すべてのアリがひとつのボールのままだ」とMlot氏は説明する。「彼らはまるで素材のようだ」
研究チームは、追試可能な実験を行なうため、まずアリの群れをビーカーに入れて回し、いくつかのボール状に丸めた。アリには互いにつながり合う習性があるため、群れはほぼ完璧な球形となった。
500〜8000匹のアリからなるボールは、次に、水を満たした容器に入れられた。すると、ボールはたちまち平らなパンケーキ型の「いかだ」に変化し、最下層にいるアリたちが安定した底面を形成して、その上に残りのコロニー全体が乗る格好になった。
驚いたことに、このアリの群れでできたいかだは、巧みにバランスを取って水面に浮かび続けた。いかだを水に沈めようとして上から押すと、水はいかだの底面の形に合わせて、伸縮する布のように変形した。
研究チームは、このほかにもさまざまな実験を行なった。1匹のアリが他のアリとつながり合うときに発揮する力を計測するため、ガラス板に生きたアリを糊付けし、それをゴムバンドで他のアリたちと結び付けた。また、アリに個体識別の色を付けて、いかだの上をどのように移動するか追跡したり、いかだの構造を高解像度で力学的に検証するため、アリのいかだを丸ごと液体窒素で凍らせ、走査型電子顕微鏡で観察したりした。
電子顕微鏡での観察の結果、ヒアリたちは下顎、爪、および足先にある吸着盤を使って互いにつながっていることが明らかになった。つながり合うことで、アリの群れは『ゴアテックス』素材のような、撥水性の布地に似た構造を形成し、その体が本来持っている水をはじく性質をさらに強化する。
研究チームはさらに、アリのいかだ構造の簡単な数学モデルを構築した。これをヒントにして、将来、協調型ロボットの操作プログラムが開発され、こうしたロボットたちが下水管や水のある洞窟などで使われるかもしれない。メキシコ湾での原油流出を掃除するようなロボットも構想されている。
[ヒアリの生息地は南米のパラナ川流域で、巣は5〜24万匹規模。外国に侵入すると、天敵もいないことから、急速に繁殖して縄張りを拡大し、大軍となって席捲して、その地の固有種のアリを滅ぼしてしまう。何でも食べる雑食で、土壌のミミズやその他の昆虫も捕食するため、侵入された地域の農作物に大きな被害が出る。時には鳥のヒナや爬虫類の子供まで食べ、生態系に大きく影響する。
米国には70年ほど前から侵入している。2003年には台湾でも確認、発生地域が拡大しており、日本への侵入も懸念されている]
[日本語版：ガリレオ-高橋朋子／合原弘子]
