Research press release



Zoology: Secrets of the ‘uncrushable’ diabolical ironclad beetle

コブゴミムシダマシの外骨格がこれほどまでに強くなった理由に関して新たな知見を報告する論文が、今週、Nature に掲載される。この知見は、コブゴミムシダマシの巨大な圧縮破壊力に耐える能力を説明するために役立つものであり、建築や、航空学などの工学分野に応用できるかもしれない。

コブゴミムシダマシ(Phloeodes diabolicus)は、オークの木に生息する種で、主に北米の西海岸で見られる。この昆虫は、飛行して危険から逃れる能力はないが、圧縮破壊力に耐える外骨格の前翅(「鞘翅」と呼ばれる)を持つため、捕食者の圧縮破壊攻撃や穿孔攻撃に耐え、車にひかれても生き残れることができる。またこの強度のために、コブゴミムシダマシに標準的な鋼鉄製のピンを突き刺して標本箱に整理することが、昆虫学者たちにとって課題となっている。

今回、David Kisailusたちの研究チームは、コブゴミムシダマシが最大149ニュートン(体重の約3万9000倍)の力に耐えることを明らかにし、それを可能する鞘翅の構造的特徴と材質の組成について報告している。Kisailusたちは、高度な電子顕微鏡観察、分光測定と力学的試験を行って、鞘翅の中央部にジグソーピースの形状でかみ合った接合部が連なっていることを観察し、こうした接合部の幾何学的形状と微細な積層構造が、外骨格の優れた機械的なかみ合いと高靭性化をもたらしたことを明らかにした。


Insights into what makes the exoskeleton of the diabolical ironclad beetle so strong are published in Nature this week. The findings, which help to explain the beetle’s ability to survive huge crushing forces, may have applications in construction and engineering fields such as aeronautics./p>

The diabolical ironclad beetle is an oak-dwelling species, primarily found on the western coast of North America. Lacking the ability to fly away from danger, this insect has crush-resistant exoskeletal forewings (called elytra), which means that it is able to withstand crushing and piercing strikes from predators and can survive being run over by vehicles. This strength has also presented challenges for entomologists trying to use standard steel pins to mount the beetles in display cases

David Kisailus and colleagues report the structural features and material composition of the elytra, which allow the beetle to withstand forces of up to 149 newtons (approximately 39,000 times its body weight). Using advanced microscopy, spectroscopy and mechanical testing, the authors observed a series of interlocked jigsaw-shaped joints at the middle of the elytra. They found that the geometry of these blades and their laminated microstructure provide excellent mechanical interlocking and toughening of the exoskeleton.

To test the potential of this geometric structure as a robust mechanical fastener for joining different materials (such as plastics and metal), similar to that required in turbines in the aerospace industry, the authors constructed a series of joints made of metal composites that mimic the structures observed in the beetle. They found that their designs provided enhanced strength and significantly increased toughness compared to a commonly used engineering joint.

doi: 10.1038/s41586-020-2813-8

「Nature 関連誌注目のハイライト」は、ネイチャー広報部門が報道関係者向けに作成したリリースを翻訳したものです。より正確かつ詳細な情報が必要な場合には、必ず原著論文をご覧ください。

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