進化学：昆虫の2つの飛翔様式を進化、生理学、ロボット物理学で橋渡しする

昆虫は、飛翔を開始して以来、一見異なる2つの飛翔様式の間で、進化的移行を繰り返し経験してきた。一部の昆虫は、1回ごとの羽ばたきと同期的に神経によって筋肉を活動させる。しかし、多くの昆虫は、神経活動とは非同期的に機械的伸張に応じて活動する飛翔筋を進化させることにより、典型的な神経筋系の速度限界を超える羽ばたき周波数を実現した。その2つの様式は、時間周期的な力の発生と自励振動の発生という2つの基本的な律動運動の発生方法を反映したものである。反復的な進化的移行がどのように起こったのか、そして何がその2つの異なる様式の切り替えを支配しているのかについては、まだ明らかにされていない。今回我々は、昆虫では非同期型の作動が系統全体に広がっているにもかかわらず、非同期型は目レベルで1回進化したのみであって、祖先の同期型様式への回帰が何度も起こったと考えられることを明らかにする。非同期型の祖先から進化した同期型のガの1種では、伸張が活動させる筋生理が現在も保持されている。統一された生物物理学的枠組みの数値・ロボット物理学的解析により、これら2つの様式は、対立する2つのものではなく、同じ動力学の2つの型であることが明らかになった。昆虫は、生理学的パラメーター空間内の橋をわたって飛翔様式間を行き来できるのである。最後に、これらの2つの作動様式を組み合わせることにより、様式間の移行を可能にし、飛翔を操作するための新たな自励羽ばたき戦略を実現する昆虫スケールのロボットを製作した。まとめるとこの枠組みは、昆虫の飛翔の進化で繰り返し起きた移行を説明し、飛翔様式が生理学的パラメーターの変化によって切り替わり得る仕組みを示している。

目次へ戻る