Research press release




飛翔するカの細長く薄い翅は、その大きさの割に素早く動き(振動数が約800 Hz)、他のどの昆虫分類群よりも翅の上げ下げが小さい。その角度は約40度で、ミツバチの半分以下であるため、カがどのようにして飛翔するのかということ自体に関する推測がなされてきた。

今回、Richard Bomphreyたちの研究チームは、カが、前縁渦による揚力発生(翅の先端に沿って生じる低圧の「気泡」による揚力発生機構で、昆虫の大半が用いている)に加えて、いわゆる後縁渦と翅の回転による揚力発生機構という2つの空気力学的特徴も利用していることを明らかにした。他の昆虫は、体重を支持する力の大部分を翅の打ち上げと打ち下ろしによる並進時に生み出すのに対して、カの翅は形状も動きも独特で、打ち上げと打ち下ろしが切り替わる際にしばらく翅を回転させて、体重を支持する力の大部分を生み出す。その結果、後流捕獲(昆虫が直前の翅の打ち上げ又は打ち下ろしで失われたエネルギーを取り戻して揚力を増す現象)の一種が原因となって翅の後端に渦が生じる。


The unique aerodynamic mechanisms underlying mosquito flight are described in a paper published online in Nature this week.

Mosquitoes have long, thin wings that beat rapidly for their size (at a frequency of around 800 Hz), with shallow strokes that are smaller than in any other insect group. The entire angular sweep of the mosquito wing is around 40 degrees, less than half that of the honey bee, prompting speculation over how mosquitoes manage to fly at all.

Richard Bomphrey and colleagues show that, in addition to generating lift by leading-edge vortices (a mechanism used by most insects, whereby ‘bubbles’ of low pressure are created along the leading edge of the wing), mosquitoes use two additional aerodynamic features: so-called trailing-edge vortices, and a type of lift mechanism generated by the rotation of the wing. Whereas other insects produce the majority of weight support during the translational phases of their down- and up-strokes, the unique wing shape and motion of mosquitoes means that their weight is most supported during the brief periods of wing rotation at the end of each half-stroke. This, in turn, gives rise to vortices on the wing’s trailing edge caused by a form of wake capture (a phenomenon whereby the insect gains extra lift by recapturing energy lost in the previous stroke).

It remains uncertain why mosquitoes have evolved to operate outside the usual bounds of kinematic patterns used by other insects. However, the authors suggest that the greater inertial power required by high-frequency flapping may be compensated for by other selective advantages, possibly in the domain of acoustic communication.

doi: 10.1038/nature21727

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