どうしていつもハエを捕まえられないんですか？

今日は、とても迷惑な小さな生き物、ハエについてお話します。彼らは夏の食卓で最も歓迎されない招かれざる客です。追い払ったり殺したりすることはできません。彼らがどこに定住しても、衛生上の理由から食べ物の皿は嫌われるようになります。

ハエたたきでハエを追いかける競技スポーツでは、人間は成功するよりも失敗する可能性の方がはるかに高い。なぜハエは地球上で最も知的な生き物であると主張する人間に勝つことができるのでしょうか?その理由は、ハエには6つのレンズを持つ複眼と、“天然のナビゲーター”と呼べるバランスバーが1対あるからです。

1. 複眼の広い視野

私たちの目は頭の前にあり、それぞれの目には網膜画像化システムが 1 対しかなく、これを単眼と呼びます。ハエを含む多くの昆虫は、頭部の広い領域を占める一対の巨大な複眼を持っています。

それぞれの複眼はいくつかの小さな眼で構成されています。個眼の数、大きさ、形は昆虫の種によって大きく異なります。イエバエの複眼は4,000個の小さな眼から構成されていますが、蝶や蛾の複眼は28,000個の小さな眼から構成されています。昆虫の個眼は一般的に六角形ですが、雄のカイガラムシの複眼には無数の丸い個眼が含まれています。

各個眼は、角膜、水晶体、光受容細胞からなる独立した画像化システムです。角膜は、光を集めることができる、目の表面にある六角形の凸面鏡です。角膜の下には円錐形のレンズがあり、角膜と一緒に集光器を形成します。集光部の下には視神経があります。

複眼の各個眼の結像システムは、人間の目と比較すると比較的単純です。各個眼が光の刺激を感知した後、光点によって形成される画像は明るさと色のみを区別することができます。昆虫の脳は、複眼の個眼からの画像を処理するほど強力ではありません。個眼の重なりによって形成される複眼視覚は、ピクセル数が少なく画像解像度が低いモザイク画像に似ています。

これほど明らかな欠点があるのに、なぜ昆虫は複眼の進化にこだわるのでしょうか?これは昆虫の飛行に関係しています。

小さな体格の昆虫が飛ぶ技術を習得すると、餌を探す空間が大幅に広がり、天敵から逃げる空間も大幅に増えます。地上の動物の中には昆虫を食べるのが好きなものもいますし、空を飛ぶ鳥の多くも昆虫を主食としています。鳥は昆虫を捕食するとき、地球の重力を利用して急降下を加速することに慣れています。鳥が急降下すると、昆虫への太陽光が遮られ、昆虫の体の上の光と影が直接変化します。

複眼は画像化能力が低いですが、光の明るさの変化には非常に敏感です。それぞれの小さな目は、非常に短い時間内に非常に高い頻度で光と影の変化に反応することができます。通常の人間の目は 1 秒間に 24 枚の画像を識別できます (これは漫画の最小速度でもあります)。一方、昆虫の複眼は 1 秒間に約 240 枚の画像を識別できます。

そのため、複眼は光と影の変化を高頻度で感知し、自分自身と観察対象物との相対的な位置と距離を効果的に計算することができます。そのため、昆虫は近づいてくる動く物体に対して非常に敏感です。たとえば、物体が突然現れた場合、ミツバチはわずか 0.01 秒で反応するしかありませんが、捕食性昆虫は動く物体に対してさらに敏感です。

さらに、複眼は視野が広くなります。ハエの複眼はほぼ360度の範囲内で物体を見ることができます。ハエたたきを持ってどの方向から近づいても、ハエは複眼を使って忍び寄ってくるあなたを感知できます。

2. 離陸速度が速い。昆虫の体は頭部、胸部、腹部の3つの部分に分かれています。胸部には3対の脚と2対の翼がある。しかし、双翅目の昆虫は後翅がダンベル型のバランスバーに退化しており、飛行には1対の翅しか残っていない。

ハエが飛ぶとき、バランスバーは毎秒300回の周波数で振動します。体が傾いて進路を外れたり、振動面が変化したりすると、天秤棒の軸にある受容器がそれを感知し、脳の神経中枢に伝達して、素早く体のバランスを取り、進路を修正します。

バランスバーは、飛行中のハエにとって便利なナビゲーションツールです。静止しているとき、フライはバランスバーを定期的に振動させます。この定期的な振動はウォーミングアップ運動のような働きをし、ハエがいつでも飛び立つことを可能にします。信号のある交差点で青信号を待つ車のように、エンジンを切らずに、青信号が点灯したらすぐに走り出すことができます。

なぜいつもハエを捕まえることができないのでしょうか?ハエはいつでも飛び立つ準備ができているからです。一般的なハエは花びらのあるハエに属し、他のハエよりも速く飛び立ち、その飛び立ちのプロセスには平均 7.34 ミリ秒かかります。人間が瞬きするのに 300 ミリ秒かかるので、ハエがどれだけ速く飛び立つかは想像がつくでしょう。

バランスバーが損傷すると、フライの反応、離陸速度、飛行安定性が大幅に低下します。

科学者たちはハエのバランスバーの原理に基づいて、飛行機、ロケット、その他の宇宙船で使用される振動ジャイロスコープなどの新しいナビゲーション機器を開発しました。これにより、危険な螺旋飛行を防止し、飛行安定性を確保できるだけでなく、自動運転も実現できます。