蛾は独自の音で反響定位するコウモリと戦う

夜の暗闇の中で、コウモリは音波を使って蛾を見つけて食べます。しかし、これらの昆虫はコウモリに対して完全に無防備というわけではありません。蛾の中には、羽を使って羽のある哺乳類に対して超音波の警告音を出すものもいます。この発見は、2月5日に米国科学アカデミー紀要（PNAS）に掲載された研究で説明されています。

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Yponomeuta属 (またはオコジョガ属) の蛾は、後翅にある小さな隆起膜を使って、羽ばたきの周期ごとに 2 回カチカチと音を立てます。これらの蛾には聴覚器官がないため、自分が音を立てていることに気づいていないようで、筋肉の動きを使って音を制御することもできません。

このような防御策は、たとえ一時的であっても、コウモリを困らせてコウモリを餌食にさせないようにすることで、蛾がコウモリを阻止するのに役立つ。蛾のこの仕組みを解読することで、昆虫が自己防衛のために音を出す仕組みのより複雑な側面を研究者が理解するのに役立つ可能性がある。

この研究では、イギリスのブリストル大学のエンジニアと生物学者のチームが、オコジョの後羽の波型部分を構成する個々の隆起がどのようにパチンと音を立てるかを調べた。この突然のパチンと音の折れにより、後羽の横にある膜が振動する。すると、太鼓やスピーカーの皮が音を大きくするのと同じように、音の強さと方向が増幅される。蛾のこの音を出す器官は、空力弾性鼓膜と呼ばれる。

「オコジョでは、スナップスルー座屈現象が鼓膜の端の太鼓の音のように作用し、羽のより大きな部分を刺激して振動させ、音を放射する」と、研究の共著者で機械工学者のエルナルド・メンドーサ・ナバ氏は声明で述べた。「その結果、数ミリメートルの大きさの鼓膜は、活発な人間の会話と同等のレベルの超音波を発することができる」

研究チームは、オコジョの空力弾性鼓膜の背後にあるメカニズムを研究するために、羽がどのように形成されるかという生物学的概念と工学の材料原理を融合しました。生物学と工学の融合により、研究者は羽のスナップスルー反応と音の生成の詳細なコンピューター シミュレーションを構築し、周波数、構造、振幅、方向の点で蛾の信号の実際の録音と一致することができました。

翼が騒音を発するときのような構造的な座屈と音響生成は、互いに影響し合っているにもかかわらず、必ずしも一緒に研究されるわけではありません。この 2 つの動作がどのように連携して機能するかを調べることは、航空宇宙分野で応用できます。航空宇宙分野では、エンジニアが翼をより空気力学的にしようと常に努力しています。座屈とスナップスルー不安定性は、非線形弾性応答と呼ばれ、一般的に空気力学の法則に従わず、ひずみを引き起こします。これらは通常、エンジニアリングでは避けるべきものと考えられていましたが、この新しい研究は、座屈とスナップスルーが翼の設計に使用できることを示しています。

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「私たちの研究では、パラダイムシフトを提唱し、座屈現象を戦略的に活用して、構造にスマートな機能性や質量効率の向上をもたらすことができることを実証しました」と、研究の共著者で機械エンジニアのアルベルト・ピレラ氏は声明で述べた。「イポノメウタの空力弾性鼓膜は、有益な非線形性の概念を体現しています。自然界は、今回もインスピレーションの源となっています。」

研究チームは、今月の空力弾性振動子の研究が、変形構造、音響構造モニタリング、ソフトロボット工学の新たな発展につながることを期待している。