私たちの大気には目に見えない電場が浸透しています。電場は雷雨や雲、あるいは火山の噴火や砂嵐によって生成されます。しかし、科学者たちが今回発見したように、昆虫の群れも空気を帯電させることができます。彼らの測定によれば、例えばミツバチの群れには1メートルあたり100～1000ボルトの電位勾配が発生する。イナゴの大群は、気象現象と同じ程度に、広範囲にわたって大気を充電する可能性さえあります。研究者らによると、これは、そのような電場が純粋に物理的な影響だけでなく、生物学的生命体やその行動からも発生する可能性があることを示しているという。
雷雨の前に空気が帯電しているように見えることがよくありますが、これは錯覚ではありません。実際、嵐の雲やその他の気象現象によって大気中に静電場が発生します。それらは、異なる電荷のゾーンが雲の中に生じるために形成されます。雷雨の際には、通常、このような電位勾配は雷によって放電されます。火山の噴火雲や砂嵐の最中でも、浮遊粒子の相互作用により電荷分離や帯電が起こることがあります。稲妻の閃光もこれを証明することがあります。 「地球の大気は常に多かれ少なかれ帯電しています。天気が良く、雷雨からある程度離れている場合でも」とブリストル大学のエラード・ハンティング氏とその同僚は説明します。これらの電場は、気象および大気輸送プロセスにおいて重要な役割を果たし、生物有機体の移動にも影響を与える可能性があります。
荷物を運ぶミツバチ
「これまで私たちは、環境のほぼどこにでも存在する静電場をさまざまな生物がどのように利用するかを常に観察してきました」とハンティング氏は説明します。これまでのところ、生物学に対する物理学の影響は常に調査されてきましたが、その逆は調査されていませんでした。ハンティング氏と彼のチームはその状況を変えました。彼らは、昆虫、特に昆虫の群れが地域の環境に電気的な影響を与える可能性があるかどうかを知りたいと考えていました。 「飛翔昆虫の多くの種は、数ピコクーロンからナノコロンの範囲の電荷を運ぶことができることがすでに示されています」と科学者らは説明する。これによって空気の電位勾配がどのように変化するかを調べるために、彼らはまずミツバチのいくつかの群れを使って測定を実施しました。これを行うために、彼らは電界測定装置と上向きのカメラを地面に置き、ミツバチの群れがその上を飛ぶようにしました。
測定の結果、測定装置上の空間の電位勾配が通過中に大きく変化することがわかりました。 「群れの密度が最大になった瞬間、電位勾配は1メートルあたり100ボルトまで上昇した」とハンティングらは報告している。他のミツバチの群れでの測定では、1メートルあたり最大1000ボルトの値さえ示されました。ミツバチの群れの密度が高くなるほど、発生する電場も強くなります。 「これらの測定データは、ミツバチの群れには、群れの密度に比例する大気の電位勾配に影響を与えるのに十分な電荷が含まれていることを示しています」と研究者らは述べています。これは、シロアリ、アリ、蚊、バッタなど、群がる他の昆虫にも当てはまります。
極端に言えば気象現象と同じです
このような昆虫の群れによる帯電の影響の達成可能な範囲を決定するために、研究チームは、昆虫の群れの密度とサイズに基づいて電場の強度を計算できる特別なモデルを開発しました。トノサマバッタの大群に関する公表値に基づいて、ハンティング氏らはその規模が気象原因に匹敵する値に到達した。 「我々の計算によれば、トノサマバッタの群れは嵐や雲の電荷密度を超える電荷密度に達することさえある」と科学者らは書いている。対照的に、蝶は通常、非常に緩やかで密度の低い群れでのみ移動するため、大気電気への影響は大幅に小さくなります。
「私たちの結果は、昆虫の大群がこれまで認識されていなかった大気中の電気的変動の原因であることを示唆しています」とハンティング氏と彼のチームは説明する。彼らはまた、細菌や鳥などの他の生物も周囲の空気を電気的に変化させることができるのではないかと疑っています。 「この発見は、いくつかの物理的および生物学的に関連する分野に重大な影響を及ぼします」と研究チームは述べています。生物によって生成されるこれらの電場は、大気中の塵、花粉、またはエアロゾルの輸送に影響を与える可能性があります。 「生物学と静電場の間には、これまで解明されていなかった関連性が数多くあり、空間スケールは土壌中の微生物から花粉媒介者と植物との相互作用、昆虫の大群に至るまで多岐にわたります」とハンティング氏は言う。大気中の物理学と生物学の間の動的な相互作用については、まだ研究すべきことがたくさんあります。
出典: Ellard Hunting (ブリストル大学) 他、iScience、 doi: 10.1016/j.isci.2022.105241
