なぜ昆虫は6本肢なのか?

6本肢のケモノ?

6本肢のケモノ

SF映画『アバター』の舞台となっている衛星パンドラに生息するケモノは、みな6本肢*1である。 だが、地球上のケモノ、つまり陸生の哺乳類は例外なく4本肢である。

金華山のニホンジカ

哺乳類を含む陸生脊椎動物の四肢は、魚の胸鰭と腹鰭が変化したものだ。 数億年前、陸に上がった魚の肢が4本だったから、カエルもトカゲもネズミもイヌもウマも、みな4本肢なのである。

イヌやウマのように、陸上を駆ける動物の歩き方を考えてみよう。

四足歩行

次の図は、四足歩行のシミュレーションである(映画『宇宙戦争』参照)。

四足歩行のシミュレーション

とっとと歩く「動歩行」では、4本の肢のうち、2本の肢を地面に付け、あとの2本を動かしている。

四足歩行2

対角線上の一対の肢で交互に地面を蹴って進む。

四足歩行4

ということで、肢は4本あれば地上を歩いたり走ったりするには充分であり、6本だと過剰なのではないか?

六足歩行

6本肢の歩行では、足運びはどうなっているのか? 地球上には6本肢のケモノがいないので、昆虫の6本肢の場合の動歩行の状態を見てみよう。

六足歩行のシミュレーション

実際の昆虫の動きは早すぎる場合が多いので、またまたシミュレーションで示す。

六足歩行2

6本の肢のうち3本の肢を地面に付け、あとの3本を動かしている。

六足歩行4

常に3本の肢が地面に付いている状態の場合、常に重心を三点の中に置くことができ、コケることがない。 そこで、六足歩行ロボットは、わりと作りやすい。

だが、陸上を歩行するなら肢は6本も必要ない。 4本で充分なのに、2本余分の肢を形成し維持するコスト、余分な2本の肢をコントロールするための神経系を形成し維持するコストを負担しようとする生物はいない。

進化とは、低コストで環境に適応する過程でもあるから、「陸上を歩行する」ことだけを考えると、6本肢でスタートした動物も、長い年月の間に4本肢になるのではないか。

昆虫が6本肢である理由(仮説)

では、なぜ昆虫は6本肢なのか?

一つの仮説は、昆虫は「陸上を歩行する」より花や葉や枝に「とまる」ことが多いので、6本肢のほうが安定している、というものだ。

とくに次の写真のクマゼミ(の幼虫の抜け殻)のように、重さのある昆虫の場合、しっかりホールドしつつ移動するには、安定感があるだろう。

庭のカツラの幹のクマゼミの抜け殻

とくにセミの幼虫の場合、羽化するときに脱皮して出てきた成虫が思いっきり反り返るから、その重さを支えなくてはならないし。

しかし、チョウくらいに体が軽い昆虫の中には、肢の数を減らすように進化したものもいる。

ツマグロヒョウモン

写真のツマグロヒョウモンやヒメアカタテハなど、タテハチョウの仲間をよく見ると、4本肢であることがわかる。

ヒメアカタテハ

さらに体の軽いハエやアリの場合、「しっかりホールド」することはまったく重要ではないはずだ。 くわしくは『アーサーとミニモイの不思議な国』に「おそるべき物理学」という見出しを立てて書いたが、要するにミリメートルサイズの世界では、重力よりも静電気的な引力のほうが大きく作用するのだ。

そこでハエは、静電気で壁にくっついてしまう3本の足先を引っぺがすために、残りの3本の肢で踏ん張らなくてはならないのではないか?

もちろん、死ぬと壁や天井から落ちるから、重力に拮抗して足先を吸いつけるほどの引力はないのだろうが。 それでも、平面に近づけるとぺたっとくっついてします足先を引っぺがしつつ、壁や天井を走りまわるには、6本の肢が必要なのではないか。

……というのがもう一つの仮説である。 ワシは計算が苦手なので思考実験もここまで。 誰か、計算してもらえないだろうか。


*1 「足」でも「脚」でもよいが、ここでは「肢」と書くことにする。

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Last-modified: 2012-12-05 (水) 21:46:17 (2509d)