昆虫ー微笑脳 第5章 空飛ぶ仕組み

5空飛ぶ仕組み

空への進出

 昆虫の翅は鳥と違ってた進化をしてきていている。鳥は前肢から、昆虫の翅はいろいろな説があるので、調べてみると面白いと思う。この本では胸部の背板が敵から逃げるために滑空した時に便利なようになっていき進化していったと書いてある。

昆虫の飛行の仕組み

 昆虫の飛行の仕組みで重要なものは三つある。

  • 推進力
  • 姿勢の安定
  • 随意的な運動制御

である。簡単に説明すると空中にいるときに前に進むための推進力、小さいからだが風にあおられても安定して飛行できる仕組み、そして飛びたい方向に飛ぶ随意的な運動制御の方法ということだ。上の二つは分かっていることが多いが、3つめは少ないらしい。この本でもあまり触れないと書いてある。

バッタの飛翔解析

 空飛ぶ機構を調べるのによくバッタが用いられるそう。ここからは具体的な飛翔の原理に迫っていく。これは推進力に関する実験である。

 実験

 バッタを紐でつるして風をあたまに当て続ける。それでも、バッタは飛び続けることができるらしい。これにはバッタの解析のために固定させる意味があるだけだと思う。

 観察できたこと

  1. 左右2枚の羽根を一定周期で、片方は打ち上げ、もう一方は打ち下げに使われている。そしてその周期には少しずれがある。
  2. 上下だけでなく、前後の動きもあり複雑
  3. 打ち下ろしの時は、少し斜めになりだんだん地面に平行になっていく。

 疑問

 どうやって、正確な周期性を生んでいるのであろうか。

 飛翔系の構築

 ここからは、観察されたことの原因を探っていく。どうして羽ばたきは一定周期、二つにズレがあるのか。理由は書かれていないが、そのメカニズムについてはかなり詳しく書かれている。結論から言うと、ニューロンの発火の相互作用らしい。そもそも、それぞれを動かす筋肉は違うものなのである。そして、一定周期とそのずれには筋肉に指令を出すニューロンの発火がかかわっている。この原因を調べるために、ニューロンの地図のようなものを作成するのである。人工的に、電位を与えて調べるらしい。そうして、作られた地図によってこれらの理由を解明した。このメカニズムには多くのニューロンがかかわっているが、簡潔に説明してあり、大変わかりやすかった。例えばN501とN301というニューロンがある。N301の発火はN501の発火を誘発するが、N501の発火はN301の発火を抑制する。そうすると、二つのずれた波の様になるのである。このずれが、羽ばたきのずれを生んでいるのである。

 飛翔姿勢の制御

ここからは二個目姿勢を安定させるためのメカニズムである。ここの面白さは、偏差検知ニューロンというものが出てくる。これが、かなりシンプルだけど、あれだけの小さい虫が気流に負けず安定した姿勢を保てているすごさである。偏差検知ニューロンというのは三つある単眼から2本ずつ出ていて、左右に3本ずつ計六本ある。回転のは、3次元では、3つの回転軸、つまり6つの回転方向があるということ。これを右手系で言うと、x軸をロール軸、y軸をピッチ軸、z軸をヨ―軸という。ここで注目するのは、偏差検知ニューロンと回転軸方向の数が一致していることである。つまり一方向、1偏差ニューロンである。これはすこし、変な感じがする。なぜかというと、例えば、ロール軸の回転を考えると、1つの偏差検知ニューロンはロール軸の左回りは感じれるけど、右回りは感じられないようになっているのだ。一つのニューロンのデータ量を減らすことで、スピードを取ったのかな。