『デューン2』で耳で水を飲む「スナネズミ」は実在するのでしょうか？

最近大ヒットした映画「デューン」に登場するかわいらしい「ジャンピングマウス」は、細長い後ろ足を持ち、一回のジャンプで遠くまでジャンプすることができ、細長い尻尾を後ろに引きずっています。一番かわいいのは、大きな耳を持っていることです。耳は動きを感知できるだけでなく、耳の中に水を溜めて、2本の小さな足で飲むこともできます。

デューンに登場する「砂漠のネズミ」ムアディブ (出典: 映画「デューン」)

「トビネズミ」の原型は何ですか？

映画の中で惑星アラキスの「砂漠のネズミ」であるムアディブのデザインのインスピレーションは、実は現実世界の長い耳を持つトビネズミ（Euchoreutes naso）から来ています。

これは乾燥した環境に適応する優れた能力で知られる小型の齧歯動物で、主に砂漠や乾燥地帯に生息しています。跳ねる様子と長い脚からその名前が付けられ、従来のネズミよりもカンガルーに似た動きをする特徴があります。

耳が長いトビネズミの模式図（出典：著者がAIを使用して生成）

耳が長いトビネズミは本当に耳で水を集めることができるのでしょうか？もちろん違います。現実の世界では、耳が長いトビネズミが直接水を飲む必要はほとんどありません。彼らは必要な水分のほぼすべてを食物から摂取することができます。

この能力は、尿による水分の損失を最小限に抑える非常に効率的な腎臓から生まれます。同時に、水分損失は少なく、代謝は干ばつに特別に適応しており、非常に濃縮された尿と非常に乾燥した糞便を生成するため、水分損失がさらに減少します。

耳が長いトビネズミは主に夜間に活動するため、日中の猛暑を避け、水分の蒸発を抑えることができます。夜行性なので、少し涼しい気温を利用して餌を探すこともできます。彼らは種子などの食物を集めて巣穴に貯蔵します。極限の状況下で安定した食料源を提供するだけでなく、餌探し中に高温にさらされることも軽減します。

耳が長いトビネズミは干ばつに適応する能力が非常に高い（出典：Wikipedia）

これらのかわいい小動物は特に砂漠地帯に多く生息しており、極度の干ばつに適応する能力があることから、『デューン』に登場する架空の生き物のデザインのインスピレーションとなりました。

カブトムシは砂漠で積極的に水を集めているのでしょうか？

現実世界では、耳が長いトビネズミの大きな耳は水を集めることができないので、積極的に水を集めることができる生き物はいるのでしょうか？

それは本当です！

世界で最も乾燥した地域の一つである南アフリカのナミブ砂漠では、毎年わずか1.4センチメートルの雨が降ります。この砂漠で生き残る甲虫の一種、ナミブ砂漠甲虫は、水を集めるための独特の適応を持っています。

ナミブ砂漠甲虫（出典：参考文献1）

ナミブカブトムシの生存戦略は非常に巧妙です。砂丘を這い上がり、風に向かって体を45度の角度に保ち、硬い鞘翅を使って空気中の水滴を捕らえます。鞘翅の表面には、水を効果的に集めることができる特殊な構造があります。とても魔法のようじゃないですか？これには、体表面の特殊な構造に基づいて水を集める原理について話す必要があります。

カブトムシの頭は風の方向を向いており、鞘翅の凹凸のあるデザインは霧の中の水滴を捕らえるのに役立ちます。霧の中の直径約15〜20ミクロンの小さな水滴が翼に凝結します。これらの水滴は、まず疎水性の溝に囲まれた親水性の突起に付着します。

水滴が親水性の表面と接触すると、広がってより大きな水滴を形成し、風に飛ばされにくくなり、より多くの水滴を吸収できるようになります。時速30キロメートルの風の影響を受けて、水滴は直径5ミリメートルに成長し、甲虫の背中を滑り落ちて口まで到達し、甲虫はそれを飲み込みます。

ナミブ砂漠カブトムシの背中の小さな水滴の時間的変化の模式図（出典：文献3）

このユニークな水収集方法により、ナミブ砂漠の甲虫は目に見える水源がほとんどない環境でも生き残ることができます。科学者たちはまた、この甲虫の集水機構からヒントを得て、乾燥地域の大気から水分を捕らえて人間や農業用の水需要を満たす新たな集水技術を開発している。

水収集のバイオニック応用

科学者たちは、ナミブ砂漠の甲虫の背中の水を集める仕組みからヒントを得て、この自然現象を模倣できるさまざまな材料や技術を設計した。

東華大学の研究者らは、シンプルな織物設備と簡単な織り方で作られた親水性・超疎水性の模様のある生地を初めて提案した。この生地は、親水性ビスコースと疎水性ポリプロピレンの糸をいくつかの試薬とともに使用して混合湿潤性表面を生成するため、コストが大幅に削減されるだけでなく、将来的には集水材料の大規模生産の可能性も提供します。

親水性-超疎水性パターンの緯糸裏織物の製造の概略図（出典：文献4）

オーストラリアのエンジニア、エドワード・リネカー氏は、ナミブ砂漠の甲虫の集水機構にヒントを得て、「エアドロップ」と呼ばれる自家発電式灌漑ポンプシステムを開発しました。このシステムは、地下のパイプのネットワークを通じて空気を取り込み、水分が凝縮する温度まで冷却し、その水分を植物の根に届けることで、乾燥地域の作物に灌漑することを目的としている。

アメリカのスタートアップ企業であるNBD Nanoは、ウォーターボトルの表面にカブトムシの機能を模倣し、自動的に水を入れるウォーターボトルを開発する研究を行っている。試作ボトルは、地域の状況に応じて、1時間あたり0.5〜3リットルの水を集めることができると考えられています。

デザイナーのアルトゥーロ・ヴィットーリ氏とアンドレア・フォーグラー氏によって作られた「ワルカ・ウォーター」は、高さ9メートルの竹の塔で、内部にはプラスチックの格子が付いており、夜間の湿った空気から水分を集めて土台のタンクに蓄える。この設計により、乾燥地域に低コストの水を供給することができます。

水滴は甲虫の背中を滑り落ちて口に向かいます（出典：参考文献1）

科学者や技術者は、ナミブ砂漠甲虫のような生物の集水戦略を模倣することで、乾燥地域に革新的で持続可能な解決策を提供しています。これは水資源管理の科学的発展を促進するだけでなく、将来の環境保護と持続可能な開発への新たな道を切り開きます。

私たちは、自然にヒントを得たこれらの技術がさらに開発され、世界中の水不足地域に目に見える変化をもたらすことを期待しています。

参考文献

[1]パーカー、アンドリューR.、クリスR.ローレンス。「砂漠の甲虫による水の捕獲」 Nature 414.6859 (2001): 33-34.[2]フレデリック、エヴァ。「この砂漠の甲虫は、人間が空気中から水を採取するのに役立つでしょうか？」サイエンス27（2019）。

[3]陳、鎮、張曾志。「甲虫にヒントを得た超親水性-超疎水性のマイクロパターン集水材料の最近の進歩」水科学と技術82.2（2020）：207-226。

[4]Liu、Qibao、Xiaoyan Li、Zaisheng Cai。「油水分離用の横糸裏織りによる非対称湿潤性布地の容易な製造。」 RSC進歩6.111（2016）：109769-109777。

[5]Gao, Yueら「油と水を分離するための横糸裏織りに基づく非対称織物に向けた、織物にヒントを得た方法論」材料科学ジャーナル53.6（2018）：4683-4692。

企画・制作

著者: Denovo チームサイエンスチーム