つながって集団で泳ぐ奇妙な海洋生物「サルパ」──その高効率な推進法が「水中ロボット」を進化させる

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寒天質の個体が鎖状につながる奇妙な海洋生物サルパは、それぞれが水を噴射しながら移動する。それぞれの個体はばらばらに行動することで、効率的な移動が創発されることが明らかになった。この動きは水中ロボットの設計に革新をもたらすかもしれない。

TEXT BY MATT SIMON
TRANSLATION BY TOMOYUKI MATOBA/GALILEO

WIRED(US)

sarp

IMAGE:GETTY IMAGES

チームワークが秘める力は計り知れない。NASAが月面着陸を成し遂げたのも、少年アイスホッケー映画『D2 マイティ・ダック』で米国チームがアイスランドチームに勝ったのも、チームワークの賜物だ。

そして、チームワークの価値を誰よりもよく知っているのは、ゼラチン質の海洋生物「サルパ」かもしれない。サルパは、多数の個体が神経によって長く鎖状につながり、「公共の利益」のために協力しあう。すなわち、餌を食べて生き延びるという目的である。

サルパの生活スタイルは風変わりだ。鎖状につながった各個体は、有性生殖を行い、単独の個体を生み出す。単独性のサルパは、無性生殖で数を増やし、また鎖状のサルパになる。個々のサルパの姿形は樽型で、一方の端から海水を吸い込み、プランクトンをこしとって食べる。そしてもう一方の端から水をジェット噴射し、前進のための推進力を得る。

「ジェット推進の集団生活」の秘密が明らかに

2017年8月に発表された新たな研究結果により、こうした「ジェット推進の集団生活」を送るサルパの複雑なライフスタイルの一端が明らかになった。数十個体が集まったサルパたちが実際どのように移動しているのかは、それ自体興味深い。だがそれだけでなく、水中ロボットの設計に革新をもたらす可能性もある。

サルパの移動は、魚の遊泳とは根本的に異なる。今回の研究論文の共著者のひとりである、テクニオン・イスラエル工科大学の航空工学者、ダニエル・ウェイズは、「魚は推進力を得たいとき、体とヒレをくねらせます。しかしその状態は、体をまっすぐに伸ばした理想的な流線形の状態と比べて、大きな抵抗が生じるという副作用があります」と説明する。一方、サルパは、かたちをほぼ一定に保ったままジェット噴射で進む。しかも、長い鎖状の群体として生活しているときは、水に接する表面積が小さくなり、抵抗も減少する。

サルパの群体は、要するにたくさんのエンジンを並列につなげているのと同じことだ。移動のたびに大混乱におちいりそうに思えるが、個々のサルパは一体どうやって噴射のタイミングを協調させているのだろう。意外にも、その答えは「そもそも協調させていない」だった。サルパの移動は非同時的なのだ。

「わたしたちが実験で実証したのは、通常の持続的遊泳においてサルパの各個体は、バラバラにふるまっているということです」と、論文共著者のひとり、オレゴン大学の生物学者ケリー・サザーランドは言う。

バラバラのようでいて、実は効率的だった

「噴射の頻度は個体によって異なりますが、各個体の行動が合わさって、非常に効率的な移動が創発されるのです」。ただし、脅威を感じて急いで逃げる必要があるときは、群体が協調して噴射する。

群体サルパの移動が効率的なのは、バラバラに行われる噴射によって全体のスピードが安定するからだ。これは、クラゲのような断続的な運動とは対照的である。市街地での運転と、高速道路での運転を想像するといいだろう。安定して時速100kmで運転したほうが、頻繁に加速と減速を繰り返すよりも燃費がいい(クラゲが非効率的だと言っているわけではない。実際、クラゲはクラゲで別の形の効率性を実現している)。

ウェイズとサザーランドは、個々のサルパの背後に生じる航跡にも着目した。航跡と航跡の干渉が起きれば、移動効率は低下するからだ。「単独性の個体と群体を比較すると、ジェット噴射の航跡は極めてよく似ていました。ここで重要なのは、航跡どうしの干渉が起きていないことです」と、サザーランドは言う。要するに、すべてにうまく折りあいがつけられているのだ。

結論としてサルパの群体は、協調せずバラバラに行われる噴射のメリットを享受しつつ、移動効率を損なわない航跡を生み出していることになる。これは、水中ロボットの設計に携わる者にとって、大いに役立つ知見だ。サルパのような噴射でクルーズ船を動かせるわけもなく、プロペラの優位は揺るがない。だが、沈没船の調査や、よからぬ目的のための隠密行動など、状況によってはよりデリケートな動きが必要とされる。

水中ロボットには全部、サルパを模した噴射装置をつけよう、というわけではない。だが、自然に目を向ければ、エンジニアの参考になるような、ゼラチン質の海洋生物の驚くべき集団行動がそこにある。サルパはまさに、「ひとりはみんなのために」を体現しているのだ。

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