テントウムシの赤い羽の一部を透明にかえると、下の羽を2秒以内でたたむ様子が見えた

テントウムシは、草の上を歩き回り、ときどき飛び立ちます。飛ぶときに使うのは、赤い硬い前ばね（さやばね）の下にしまってある、薄い後ろばねです。テントウムシは着地したあと、この羽を小さくたたんで、さやばねの下にしまいます。

けれども、そのたたみ方は、長い間よく分かっていませんでした。テントウムシは、先にさやばねを閉じてから、その下で羽をたたむからです。外からは、肝心なところが見えません。

東京大学生産技術研究所の斉藤一哉さん（当時）たちは、さやばねの一部を透明な人工のものに取りかえるという方法を考えました。これで、さやばねの下で羽がたたまれていく様子を、高速カメラで撮ることができました。テントウムシは、2秒以内に羽をたたみ終えていました。

01さやばねを取ってしまうと、羽はたためない

さやばねの下を見たいなら、さやばねを取ってしまえばよいと思うかもしれません。ところが、それではうまくいきません。さやばねは、羽をたたむのに欠かせない部品だからです。

それまでの研究では、テントウムシがおなかを上下に動かすことが、羽をたたむのに大事だと考えられていました。羽に折り目の線がどう入るかも、平らな図としては調べられていました。ただ、おなかの単純な上下の動きだけで、なぜ複雑な形にたためるのかは分かっていませんでした。たたんだ羽と広げた羽の本当の立体の形も、はっきりしていませんでした。

02シリコーンの型と、ネイルにも使う樹脂で人工のさやばねを作った

研究に使ったのは、東京の草地でつかまえたナナホシテントウです。斉藤さんたちは、まずテントウムシを二酸化炭素のガスで眠らせました。そして、右のさやばねの先から3分の2をはさみで切り取りました。

次に、切り取ったさやばねの内側の面に、シリコーンをぬって型を取ります。固まった型に、紫外線を当てると固まる透明な樹脂を、筆でうすくぬります。大学の紹介記事によると、ネイルアートに使われる種類の樹脂です。紫外線で固めると、もとのさやばねと同じ形の、透明なさやばねができあがります。

できた人工のさやばねは、同じ樹脂で、切ったさやばねの先にくっつけました。テントウムシや羽へのダメージを減らすため、1回の手術は1時間以内で終えました。斉藤さんは、人工のさやばねで本当に羽をたためるかは分からなかった、と大学の記事で話しています。

03さやばねのふちとおなかの動きで、羽を2つの線で折っていた

高速カメラで撮ると、羽をたたむ順番が見えてきました。着地すると、テントウムシはまずさやばねを閉じます。このとき、後ろばねは後ろ向きにそろえられ、閉じたさやばねからはみ出しています。

次に、テントウムシはおなかを持ち上げます。すると、後ろばねがさやばねの下の面に押しつけられます。羽を支える太い筋の一つは弧の形に曲がっていて、その曲がり方が、さやばねの下の面の丸みにぴったり合っていました。この筋の下に、弧の形の折り目があらわれます。

おなかの上げ下げは、何回もくり返されます。そのたびに、羽の下の面がこすられ、背中の収納場所へ少しずつ引きこまれていきます。おなかの背中側の板には、細かいとげがびっしり生えた場所があります。チームは、このとげが羽の表面をつかみ、たたむのを助けていると考えています。

羽を横切る2本の折り目の線のうち、1本はさやばねの内側の丸みで、ほぼ決まった位置に入ります。もう1本は、はじめさやばねのふちで入り、おなかの動きにつれて羽の先の方へずれていきます。最後に、羽は2本の線でZの字のように折りたたまれました。羽の真ん中には、ひし形の折り目の模様もできていました。ここまで2秒以内です。

04羽の骨組みは、巻尺のテープに似た形をしていた

チームは、X線を使って体の中を立体的に写すマイクロCTでも、羽を調べました。テントウムシの後ろばねは、ほとんどが柔らかい膜です。飛ぶときは、太い筋が羽の形を保ちます。特に、羽の前のふちの部分は硬く、飛ぶための強さを生んでいると考えられています。

ところが、2本の折り目の線は、この硬い前のふちを横切っています。折り目のところに、関節や薄くなった部分があるわけではありませんでした。調べると、筋の断面がゆるく曲がった形をしていました。巻尺のテープと同じような断面です。たたんだ羽では、この筋が鋭く折れるのではなく、一定の丸みで曲がっていました。

巻尺のテープは、まっすぐのばすと硬くなり、曲げると小さくまとまります。計算では、この曲がった断面の筋は、同じ重さの平らな筋より約11倍曲がりにくくなりました。広げたときは硬く、たたむときはどこでも曲げられます。そのうえ、曲げたときにたまる力が、羽を一気に広げる助けになると考えられています。テントウムシは、0.1秒以内に羽を広げきります。

05まとめ

テントウムシは、さやばねを閉じてから、その下で後ろばねをたたみます。そのため、たたみ方は外から見えませんでした。研究チームは、さやばねの一部を透明な人工のものにかえ、羽をたたむ様子を撮影しました。

テントウムシは、さやばねのふちと下の面、何度も上下させるおなかを使い、2秒以内に羽を2本の線でZの字にたたんでいました。羽の筋は巻尺のテープに似た断面で、広げると硬く、たたむと丸く曲がります。チームは、人工衛星のアンテナや、傘、扇子などの道具づくりに役立つと期待しています。

テントウムシを手にのせて飛び立つ瞬間を見ると、さやばねの下から後ろばねが一気に広がります。それが0.1秒以内の出来事です。