体長が4分の1インチ（約6.3mm）以下という端脚類（エビに少し似ている甲殻類。代表例はヨコエビ）は、米東海岸の藻類の間を漂いながら優雅な生活を送っている。ところが、このほど科学者が発見したところによると、その優雅な姿は表面上のものにすぎないようだ。

「小さな海の生物が超強烈なパンチ！ その瞬間を高速度カメラが初めてとらえた（動画あり）」の写真・リンク付きの記事はこちら

というのも、オスのヨコエビは巨大なハサミをもっており、その質量は体全体の3分の1以上になることもある。そのハサミが10,000分の1秒以下の速さで繰り出されると、加圧された水が噴流となり、自分が不機嫌であることを周囲に知らせるのだ。

毎秒30万コマ撮影できる15万ドル相当のカメラのおかげで、研究者たちはオスのヨコエビのそのような“パンチ”の動作を初めてとらえることができた。その力はあまりにも大きく、ヨコエビの体が破裂してもおかしくないほどである。

初めて観察された強烈なパンチ

オスのヨコエビ（学名：Dulichiella cf. appendiculata）を試しに怒らせるなんて、いったいどうすればいいのか不思議に思うかもしれない。その方法は次のようなものだ。

まず、ヨコエビの背中に研究室で爪楊枝を接着し、楊枝をマイクロマニピュレーター（微細作業装置）に取り付ける。この装置を使うと、ヨコエビを正確な位置に配置できるわけだ。あとは1本の絵筆の毛をヨコエビの近くにぶら下げて、プライヴェートな空間をじゃまるだけだ。

すると、強烈なパンチが繰り出される。「ハサミが攻撃的な意味で使われているのは明らかです」と、デューク大学の生物学者シーラ・パテックは言う。パテックは今回の論文の共同執筆者である。

パテックは同僚と共に高速度カメラを駆使して、それまで目に見えなかった動作を映像化した。「ある意味、ほとんど魔法のような現象でした」と、パテックは言う。

以前は、シャーレにヨコエビを置いたときに音が聞こえてきたり、なんとなくパンチを出しているような感覚があったという。しかし、野生においてその姿が観察されたことはこれまでなかった。「それが今回、焦点を合わせて照明をきちんと当ててみたところ、この小さなハサミが画面いっぱいに映っており、構えてからパンチする様子を観察できたのです」

ため込んだエネルギーを一気に放出

このハサミは正式には「顎脚（がっきゃく）」といい、パンチを繰り出す部分は「指節」と呼ばれる。上の動画では、ハサミの上部の刃物のような長い部分がそれに当たる。

この指節は人毛よりも細い。パンチの際にヨコエビは、まず筋肉を収縮させ、指節を手前に引いて驚異的な量のエネルギーをため込む。

パテックらがパンチの仕組みの全容を解明するには、さらなる研究が必要である。だが、どうやらヨコエビは、「ラッチ（かけがね）」によって指節を所定の位置に維持しているようだ。パンチの体勢に入るとラッチが外れ、ハサミにため込まれたエネルギーが一気に放出される。

「さらによく観察してみると、『ちょっと待って、水流が発生しているじゃないか！』ということになったのです」と、パテックは言う。より具体的に言うと、パンチの力によって水がまっすぐ前方ではなく斜角で押し出されているように見える。

「そしてなんと、水流によってたまにキャビテーション（圧力差により短時間で泡の発生と消滅が起きる物理現象）が生じているようにも見えます。キャビテーションとは、すさまじい速度で流れが生じた際に生まれるものなのです」。そうした小さなキャビテーション気泡が崩壊すると破裂が起き、エネルギーが一気に解放されるのだ。

この力はとても強力である。実際にボートのプロペラからキャビテーション気泡が生じた場合は、プロペラの金属部分が徐々に侵食されてしまうほどだ。

水の抵抗を克服するメカニズム

要するに、ヨコエビは「ワンツーパンチ」を繰り出していることになる。水の噴流自体も極めて強力だが、そのあとに自身のエネルギーを解放するような爆発的な気泡も生じるわけだ。あまりに大きな力なので、ヨコエビ自身が破裂しないのは不思議である。

だがパテックは、そこにはしかるべき理由があると言う。「破裂せずに十分なエネルギーをため込むために、絶妙なバランスを保っています。それは材料科学の話であり、流体力学にもかかわる話なのです」

詳しく見ていこう。流体力学の観点から見ると、ヨコエビのように小さな水生動物には常に大きな力が加わっている。ヨコエビにとって、水は「まるでハチミツのような抵抗を与えます。このくらいの体の大きさで獲物を捕まえようとする場合、獲物のほうに泳いでいったり、ゆっくり近づいていったりしたら、獲物は文字通り離れていってしまいます。決して手が届くことはありません」と、パテックは説明する。

こうした状況を克服するために、小型の生物は高加速を利用する。クラゲの刺毛（触手）を例にとってみると、その中には「刺胞」という特別な細胞が詰まっており、不運にもクラゲと出くわしてしまった獲物の体内に小さなかぎ針状のものを素早く打ち込む。その速度は、動物界においてほかに類を見ない速さだ。

「基本的にとても動きが速いので、ハチミツの状態から水の状態へと変移させることができます」と、パテックは言う。刺胞はそれによって獲物を押しやるのではなく、実際に触れることができる。ヨコエビも同じことをしなくてはならない。どうにかして、ハチミツではなく水を切り裂くような速度で指節を動かさなくてはならないのだ。

『素材から最大のエネルギーを引き出す方法

第2のポイントは、それを実現するために十分なエネルギーをため込むことである。そうしたエネルギーは、まずヨコエビが顎脚の筋肉を収縮する際に発生する。そこから、ある種のスプリング機構へとエネルギーが蓄えられる（その機構がどんなものか、パテックのチームはまだ解明していない）。

それでは、ヨコエビはハサミを構成する素材にどれだけのエネルギーをため込めるのだろうか？ また、その素材はどこまで耐えられるのだろうか？

「その答えは、『素材から最大のエネルギーを引き出す方法は、その素材が破綻するまでとことん破壊すること』です」と、パテックは説明する。クラゲが刺胞細胞を超高速で打ち出す際、まさにそのようなことが起こる。刺手が繰り出されると細胞内の圧力が急激に上がり、内部に畳まれた針が細胞を突き破るのだ。

しかし、顎脚を失うわけにはいかない小さなヨコエビには、そのような選択肢はない。そこで、破綻する寸前までハサミを押し出すことになる。「その限界点に近ければ近いほど、素材から解放できるエネルギーは大きくなります」とパテックは説明する。

だが一体、素材のどんな要素（成分や構造）が、それほど丈夫なハサミを生み出しているのだろうか？ 「そうした点について技術者と研究を進めています。破壊させずにどれほどのエネルギーを物質に蓄えることができるのか、技術者も関心をもっていますからね」と、パテックは言う。

VIDEO BY PATEK LAB AT DUKE UNIVERSITY

パンチを繰り出すほかの生物たち

海の中でパンチの動作を見せる水生動物は、ヨコエビだけではない。その名も「テッポウエビ」（別名・ピストルシュリンプ）という種がもっているハサミは、ヨコエビとかなり似ている。指節もある。それを手前に引いて「発射」し、噴流やキャビテーション気泡を生み出して獲物をノックアウトするのだ。

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また、悪名高いシャコにはふたつの“ハンマー”が備わっている。シャコの構えから解放される力は二枚貝を粉々にするほどだ。その衝撃からもキャビテーション気泡が生み出され、貝の殻を破壊する力になる。

これらの3つの種族は遠縁にあたる。とても興味深い点として、同じ武器をもった共通の祖先がいたわけではない。どの武器もそれぞれ異なる時代に進化したのである。そしていま、小さな小さな端脚類が、名誉ある「ハードパンチャーの甲殻類」のグループの仲間入りを果たしたというわけだ。

「今回の素晴らしい研究は、幼少期に読んだ絵本『かいじゅうたちのいるところ』を思い起こさせます。怪獣たちが『恐ろしいうなり声を上げ、恐ろしい歯をきしらせている』ような姿です」と、コロラド大学ボルダー校の生物学者リンゼイ・ドハティは言う。ドハティはシャコの研究者だが、今回の論文にはかかわっていない。「怪獣たちの場合の歯ぎしりは、ここでは加速度が24,000Gを超える顎脚のハサミということになるでしょうね」

参考のために言うと、世界最高峰のジェットコースターで体験できる加速度は5Gであり、7Gでは人間は意識を失ってしまう。しかも、ヨコエビはそれを空気中ではなく、水という粘性媒質の中でなし遂げているのだ。ドハティは次のように語る。

「体重の3分の1を占めるハサミの大きさは言うまでもありません。人間に例えるなら、50ポンド（約23kg）の親指で、友人にハイタッチを決めるようなものですね。学生にはいつも、『人間に可能なことで自然に勝てることはない』と話しています。ヨコエビの場合、文字通り目にもとまらない速さなのです」

なぜ“武器”が発達したのか？という問い

だが奇妙なことに、パテックのチームがヨコエビの241回のパンチを調べたところ、キャビテーション気泡が生まれたのは6回だけだった。これに対しシャコやテッポウエビのパンチでは、気泡がよく見られる（テッポウエビは特に多い。あまりに多いので、気泡が破裂する際に海中で甲高い音が絶えず聞こえるほどだ）。オスのヨコエビが気泡を強力に破裂させる能力を完全に備えているにもかかわらず、（少なくとも研究室では）それが常に起こらないのは謎である。

そもそも、なぜ端脚類においてそのような恐るべき“武器”が発達したのかという点も解明されていない。オスは複数のメスとつがいになる傾向があることから、ハサミがあれば略奪しようとするほかのオスを払いのけることができるだろう。もしくは、争いになる前に、パンチすることでライヴァルのオスを追い払えるかもしれない。

「縄張り意識かもしれませんし、メスへのアピールかもしれません。デューク大学の学部生にとって、今後10年間の研究課題になるでしょうね」とパテックは言う。

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