リスは枝から枝へ飛び移る際に、飛び移る距離と枝の柔軟性の間の妥協点を見つけます。新しい研究は、小さな曲芸師がどのように判断を下し、致命的な転倒を防ぐために間違いをどのように補うかを示しています。樹上の生息地への生体力学的な適応と学習能力の両方が、これを助けるのです。この結果は、要求の厳しい用途向けのロボットの開発にも貢献する可能性があります。
リスは一生のほとんどを木の上で過ごします。この複雑な環境では、餌を探し、巣を作り、捕食者を避けるために枝の迷路の中を器用に移動しなければなりません。これには、高度に発達した生体力学的スキルと学習された行動の組み合わせが必要です。しかし、リスはどのジャンプが可能で、どのジャンプが致命的な転倒につながる可能性があるかを正確にどのように判断しているのでしょうか?
リスのジャンプテスト
ネブラスカ大学のナサニエル・ハント率いるチームがこれを調査した。 「バランスと運動性の生物学的限界を理解するためのモデル生物としては、リスは誰にも負けないと思います」とハント氏は言う。 「リスが樹上でどのように動くかを理解できれば、複雑な地形での移動の一般原理を発見できるかもしれません。それは他の動物やロボットの動きにも応用できるかもしれません。」
可能な限り自然な環境でジャンパーを観察するために、研究者らはカリフォルニア大学バークレー校のキャンパスにキツネリス（Sciurus niger）を誘引した。研究者らは、研究者が設計したコースで小さなげっ歯類が大胆にジャンプするようナッツを使った。彼らは動物実験の被験者の動きをビデオで記録し、離陸位置、飛行経路、着陸操作を評価しました。実験のために、ハントと彼の同僚は、さまざまな長さと柔軟性の飛び込み台を使用しました。そこからリスたちは、小さなボウルに入った木の実が手招きしている細い枝にたどり着くことができました。柔軟な踏み台の上で冒険すればするほど、ジャンプする距離は短くなります。その代わり、ジャンプ台がステップごとにぐらつき、ジャンプが難しくなりました。
アクロバティックな操作
観察の結果、「リスが隙間を飛び越えるとき、枝の柔軟性と隙間の大きさに応じて飛び降りる地点を選択している」ことが判明したとハント氏は語った。安定した飛び込み台では、彼らははるかに前方に進みましたが、不安定な飛び込み台では、あまり遠くに飛び込むよりも、少し長くジャンプすることを好みました。離陸ベースの柔軟性は、ジャンプ距離よりも 6 倍大きな影響を決定に及ぼしました。 「彼らは新しい機械的特性を持つブランチに出会ったとき、数回のジャンプで開始メカニズムを適応させることを学びました」とハント氏は説明します。 「この行動の柔軟性は、ジャンプと着地構造の機構と形状に適応しており、隙間を正確に飛び越えて小さなターゲットに着地するために重要です。」
「実験全体を通じて、ジャンプしようとして落ちたリスは一匹もいなかった」と研究者らは報告している。彼らは確かに間違いを犯し、狭い目標に最適に着地するためにジャンプしすぎたり、短すぎたりしました。しかし、そのたびに彼らはなんとか爪で枝にしがみつき、アクロバティックな操作で自分自身を引き上げました。 「速度が高すぎたり低すぎたりして空中に飛び込む場合、さまざまな着陸操作を使用してそれを補うことができます」とハント氏は説明します。 「飛びすぎると、枝の周りを前に転がってしまいます。ジャンプが短すぎる場合は、前足で着地し、枝の下でスイングしてから止まり木に引き上げます。この適応的な計画行動、学習制御、反応的な安定化操作の組み合わせにより、落ちずに枝の間を素早く移動できるようになります。」
さらに、研究者らは動物被験者の予期せぬ戦術を観察した。難しいジャンプをするとき、彼らは枝が取り付けられている壁から自分自身を押し出すことが多く、それによって速度と方向を調整する――人間のコースランナーと同じだ。リスは、環境内の新しい機会に柔軟に適応し、より効率的かつ安全にジャンプするためにそれらを使用することをすぐに学びました。この研究は、動物が樹上で素早く巧みに移動できるようにするのは、生体力学的な特性と試行錯誤による学習の相乗効果である可能性が高いことを示している。この発見は、困難な地形を安全に横断できる柔軟なロボットの開発にも役立つ可能性がある。
出典: Nathaniel Hunt (ネブラスカ大学) 他、サイエンス、 doi: 10.1126/science.abe5753
