0.00012秒の瞬時に閉じるクモのアゴの謎を解明

毎秒4万コマで撮影、ありえない速さで獲物を挟める理由が明らかに

2016.04.12
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トラップ・ジョー・スパイダーの超高速のアゴの動きを捉えた高速度撮影映像。(Footage courtesy Hannah Wood)

 チリの落ち葉の山の中で見つけた小さなクモに、特に変わった様子は見られなかった。

 当時、米カリフォルニア大学バークレー校の大学院生だったハンナ・ウッド氏は、トラップ・ジョー・スパイダー(trap-jaw spider、学名:Mecysmaucheniidae)の研究のために南米を訪れていた。「罠のアゴ」という意味の英名は、アゴを開いたまま獲物の背後に忍び寄り、すばやくアゴを閉じて獲物を捕らえる習性にちなんでつけられたものだ。

 このクモは体長が数ミリしかないため、アゴはもちろん全身を観察するのも難しい。(参考記事:「小さなクモに大きすぎる脳」

 ウッド氏は森で採集したクモをカリフォルニアの研究室に持ち帰り、その行動を毎秒4万コマの高速度撮影ができるビデオカメラで記録した。

 この記録を超スローモーションで再生すると、トラップ・ジョー・スパイダーが獲物を捕らえるときのアゴの動きが見えてきた。そのアゴは、世界最速のランナーであるウサイン・ボルト氏の走りに匹敵するスピードで閉じていた。(参考記事:「コウモリが空中で反転して止まれる理由を解明」

 いまは米国ワシントンD.C.の国立自然史博物館の昆虫学者になったウッド氏は、4月7日付けの科学誌「Current Biology」に研究成果を発表した。「人間のまばたきを観察するには、毎秒1000コマで撮影すれば十分です。けれども、トラップ・ジョー・スパイダーのアゴの動きを捉えるには、毎秒4万コマで撮影しなければなりませんでした。驚異的な速さです」と言う。(参考記事:「小鳥の超高速タップダンス、健康の指標にも?」

野生のトラップ・ジョー・スパイダー。小さいクモだが、そのアゴはありえないスピードで動く。(PHOTOGRAPH BY HANNAH WOOD)
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自転車選手の脚力のおよそ1万倍

 ニュージーランドと南米南部に生息するトラップ・ジョー・スパイダーは、落ち葉の中に住んで、ほかの虫たちを追いかける。

 ウッド氏は、南米で14種のトラップ・ジョー・スパイダーを採集した。そして、ガラス管の中にクモを入れ、ピンの先に自分のまつげをつけたものを獲物の代わりにした。

 研究チームは高速度ビデオカメラをセットして、クモが「獲物」を捕まえる様子を記録した。この映像を100分の1以下のスピードで再生することにより、クモのアゴが閉じる速さと、生み出される力の大きさを調べた。

 実験の結果、クモのアゴはわずか0.00012秒で閉じていることが明らかになった。これは時速32キロに相当する。体重あたりで見ると、アゴの動きを生み出す力は一流自転車選手の脚力のおよそ1万倍だった。

エネルギーをためて一気に放出

 今回のデータは、こんなに小さくて筋肉もあまりないアゴで、どうしてそんなに強力な動きができるのかという疑問に答えることを可能にした。

 動画を解析した結果、トラップ・ジョー・スパイダーは、ゆっくりとためたエネルギーを一気に放出させることで、瞬間的に最大筋力以上の力を発揮する「パワー増幅」と呼ばれるしくみを利用していることが明らかになった。

 クモはゆっくりアゴを開き、獲物が口のすぐ前に来たら、ほとんど瞬時にアゴを閉じる。超高速の動きを可能にしていた原理は、輪ゴムを引っ張ってから手を放し、勢いよく飛ばすのと同じだった。

カメレオンの舌、重力の264倍で加速と判明
詳しくはこちら (Video: Christopher Anderson)

昆虫のアリやトビムシにも

 米国ニュージャージー州にあるウィリアム・パターソン大学の昆虫学者ジョゼフ・スパーニャ氏は、今回の研究は科学者がフィールドに出ることがいかに重要かを示していると言う。

「研究チームがビンや博物館に保管されている標本しか調べていなかったら、アゴが動くしくみを解明することはできなかったでしょう。生きている個体を捕まえてきて、その動きを観察することが大切なのです」

 彼は今回の研究には参加していないが、「すばらしいクモに関する、すばらしい研究です」と評価する。

 スパーニャ氏によると、トラップ・ジョー・アントというアリやある種のトビムシも、同様のパワー増幅機構を用いているという。(参考記事:「知られざるアリたちの驚異」

 トビムシは、同じしくみで15センチも飛び上がる。これは、人間がエッフェル塔の2.5倍の高さまで飛び上がるようなものだ。

 パワー増幅機能をもつアゴは、異なる種でも同じように進化する、それだけ重要な特徴なのかもしれない。

文=Carrie Arnold/訳=三枝小夜子

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