動物のように潤滑性が高い：研究者らは、カブトムシの脚の関節に含まれる物質が、テストによるとテフロンと同様に摩擦を軽減すると報告しています。その生物学的重要性に加えて、この発見には技術的な可能性もあるかもしれない。潤滑剤を人工的に生成できれば、ロボット工学に使用できる可能性がある、と科学者らは述べている。
動きは可能な限りスムーズに行われるべきです。人間などの脊椎動物の関節には液体があるため、手足を痛みなく動かすことができ、磨耗は最小限に抑えられます。しかし、昆虫では、関節は外骨格とはまったく異なる構造をしています。関節はカプセルで覆われていないため、部分的に環境の影響に直接さらされています。したがって、それらはロボット システムの要素により似ています。しかし、昆虫の関節は明らかに非常に強力です。無数の種が驚くべき移動能力を発達させてきました。 「しかし、昆虫の関節がこうした動きに対処するためにどのような構造になっているのか、また関節がどのような材料で作られているのかについては、研究ではほとんど何もわかっていません」とキール大学のスタニスラフ・ゴーブ氏は言う。
ゴーブ氏らは、実験室研究用に簡単に繁殖できる約2センチメートルの大きな黒い甲虫（Zophobas morio）を例に、保護カプセルなしで昆虫の関節がどのように機能するかを調べた。まず、走査型電子顕微鏡を使用して、カブトムシの関節の接触面にサイズがわずか1000分の1ミリメートルの無数の孔を発見しました。それらは、異常なワックス状の粘稠度を有する物質の細い糸を生成することが判明した。分泌物は部分的に分解され、小さな塊が形成されます。正確な組成は依然として不明ですが、赤外分光法を使用した研究により、この物質の大部分がタンパク質で構成されていることが少なくとも示されています。
強力な滑液
それが潤滑剤であるという仮説を調査するために、科学者たちはまず多数の甲虫の関節から材料を入手しました。次に、彼らはその収量を、2 つのガラス表面の間に物質を配置する実験に使用しました。次に、2 つの表面が相互に移動するときに作用する摩擦力が記録されました。比較のために、彼らは、商品名テフロンでよく知られているプラスチックのポリテトラフルオロエチレン (PTFE) を使用してテストを実行しました。 「私たちの実験は、甲虫物質の滑り効果が、現在人工的に作り出すことができる最高の減摩効果を持つことで知られているテフロンの滑り効果に似ていることを示しました」とキール大学の筆頭著者コンスタンティン・ナデインは報告している。
研究者らが説明しているように、この物質の特別な粘稠度は、摩耗から保護する機能にとっておそらく重要である。ストランドから形成される細かい塊は、おそらく接合面間の直接接触を防ぐクッションのような役割を果たしている。さらに、昆虫の露出した関節では潤滑剤の強度が重要です。科学者らは、脊椎動物の関節包にあるような液体物質は昆虫の体内では乾燥してしまうと説明している。
生物学的および技術的重要性
彼らは、発見した潤滑剤が昆虫の関節の一般的な機能要素であるのではないかと考えています。 「このことは、カブトムシとは近縁ではないアルゼンチン森林ゴキブリなど、他の昆虫種の膝関節ですでに発見されているという事実によって裏付けられています」と研究者らは述べた。ただし、昆虫界におけるこの物質の分布を明らかにするには、さらなる研究が必要です。研究者らは現在、昆虫が開いた関節を汚染からどのように守るのかも調査したいと考えている。
彼らが強調しているように、結果の重要性は生物学を超える可能性がある。昆虫の関節は基本的に人工の微小関節に似ているため、強力な甲虫の潤滑剤は技術的応用にも興味深い可能性がある。たとえばロボット工学では、関節の摩耗を軽減し、コンポーネントの耐用年数を延ばすために使用できます。しかし、そこに至るまでにはまだ問題が残っています。科学者たちは、その物質を人工的に大量に生産するという課題を克服する必要があります。これは、それらの特性をより詳細に研究するためにも重要です。 「この物質は液体にほとんど溶けないため、化学的に分析することが困難です。 「このためにはさらに多くの研究資料も必要ですが、手作業で収集するのは非常に時間がかかります」とナデイン氏は言います。
出典: キール大学、専門記事: Proc. R. Soc.、土井: 10.1098/rspb.2021.1065
