唐辛子はシワシワになるほど辛いのでしょうか？真実はここにあります！

実際、人間が年をとって顔にシワができるのと同じように、植物もさまざまな理由で表面にシワができます。ピーマンの表面のしわは、そこに含まれる謎を探求する科学者の興味を惹きつけています。

唐辛子の表面がシワになる理由

乾燥により唐辛子にシワが寄るのは日常生活ではよくある現象ですが、なぜこのような複雑なシワが形成されるのかを詳細に分析するのは簡単なことではありません。

最近、中国の科学者たちは数理物理学の関連知識を活用し、リング状のコアシェル構造物質の複雑な表面形態に関する進化実験と一連の理論計算を実施し、唐辛子の表面のしわの原因を説明した。

リング状の芯殻構造を持つ唐辛子。画像出典：参考文献[1]

成長を続けると、多くのピーマンは湾曲したリング状の構造に成長します。また、ピーマンの内部は空洞になっているため、研究者はピーマンをリング状の芯殻構造物質に分類しています。

研究者らは、ピーマンの表面のしわは多くの内的および外的要因の影響を受けると述べている。幾何学的構造は、ピーマンの表面のしわに影響を与える重要な物理的要因です。

幾何学的構造では、トロイダルコアシェル構造材料の曲率が最も典型的な特徴です。リング構造には、正、負、ゼロのガウス曲率を含む変化する曲率が含まれます。これらの曲率の変化は、唐辛子の成長過程での形態の変化に影響を与え、唐辛子の表面に複雑なしわを引き起こします。

しわの原因を研究するために、研究者らは有限要素法を使用して唐辛子を表面のシェル要素と内部のソフトコア要素に分解しました。

ピーマンの成長中に脱水などの現象が発生するため、ピーマンの表面と内部の機械的特性が異なり、構造の曲げ変形や表面層と基質間のひずみの不一致が生じます。唐辛子の環状構造では、曲率が絶えず変化しており、唐辛子全体の応力分布が不均一になり、唐辛子の対称性が破壊されます。つまり、唐辛子は内部と外部で異なる力を受け、内部構造と外部構造の引っ張りを受けて、徐々に形状が変化します。

ピーマンは乾燥すると変形しますが、ピーマンによってしわの出方が異なるのはなぜかという問題は解決しました。この問題を解決するには、コショウの構造を分析する必要があります。

非線形環状シェル力学モデルにより、細長い構造物は内輪にしわができやすく、小さな穴のある環状構造物は外輪にしわができやすいことがわかりました。同時に、物体の硬さも形態に影響を与えます。柔らかいリングシェルでは、えくぼのような凹みが簡単に生成されます。より硬いリングシェルでは、双方向の縞模様や螺旋状のしわの形態が現れる可能性が高くなります。

この研究成果は唐辛子のしわの問題を解決するだけでなく、研究者らが構築した理論モデルは、わずかに形状が異なる他の物にも応用できる。さまざまな条件下での物体の形態変化を予測し、シワの形態制御に基づいた製品形状設計の開発に役立ちます。

リング状コアシェル構造の形態進化のシミュレーション図。画像出典：参考文献[1]

唐辛子のシワと辛さの関係

唐辛子の辛さに影響を与える重要な要素は、唐辛子に含まれるカプサイシンの含有量です。カプサイシン含有量が多いほど、唐辛子の辛さは増します。ピーマンのしわはピーマンに含まれるリグニンに関係しています。リグニン含有量が多いほど、唐辛子は硬くなり、しわが少なくなります。そうしないと、しわが増えてしまいます。

辛さはカプサイシン、シワはリグニンが決めているようです。両者はそれぞれ独自の機能を持っており、互いに影響を及ぼさないようですね？実際、両者の合成プロセスには相互影響があります。

カプサイシンの合成にはフェノール物質が必要です。研究により、唐辛子に含まれるペルオキシダーゼは、カプサイシンを合成するフェノール物質を酸化分解してリグニンを合成できることがわかっています。唐辛子の辛さと硬さはトレードオフの関係にあることがわかります。ペルオキシダーゼの活性が低いほど、リグニン含有量は少なくなり、唐辛子のシワは増え、カプサイシン含有量は高くなり、辛味が増します。唐辛子は見た目は劣化しているものの、致死率はまったく低下していないことが判明した。

植物のひだに隠されたその他の秘密

脱水などにより唐辛子が乾燥してシワシワになる現象は、他の植物でも見られます。植物はそれぞれ見た目も構造も異なり、しわができる過程も研究者にさまざまなインスピレーションをもたらします。

1. パッションフルーツ

パッションフルーツは成熟するにつれて、皮が徐々にしわしわになってきます。研究者たちは、パッションフルーツのしわができる過程をキラルなしわパターンとして説明しています。この機械モデルは、パッションフルーツのしわ形成プロセスの普遍的な法則を明らかにし、しわ形成の背後にある構造弾性メカニズムを実証するために使用されました。研究者たちはこのメカニズムに基づいて物体を掴むことができるロボットを設計し、適応型把持ロボットの開発を促進しました。

2. 蓮の葉

蓮の葉の成長過程における形態の進化は研究者の興味をそそっています。研究者らは、懸垂葉と浮葉の異なる方向への成長差を説明できる薄板モデルを構築し、水生植物の形態の進化を正確に予測した。

結果によると、水面に生える蓮の葉は通常、湾曲した円錐のように見え、葉の外側の縁には長い波状のひだがあることがわかりました。浮いている蓮の葉の場合、外縁に短い波の折り目が付きます。この研究結果は、生体構造形態の制御に新たなアイデアをもたらす可能性があります。

生物の発達に関する多くの法則は科学によって説明でき、新しいものの開発に斬新なアイデアをもたらすことがわかります。他にどんな興味深い自然現象を発見しましたか?

最後に、下の写真は上海辰山植物園の唐辛子です。皆さん、メッセージを残して、6 つの番号の付いた唐辛子のうちどれが一番辛いかを当ててください。

撮影者：徐来

参考文献:

[1] Wang、T.、Dai、Z.、Potier-Ferry、M.、Xu、F. Phys.レット牧師130、048201（2023）。

[2] 唐辛子のしわとさくらんぼのえくぼの説明。 https://doi.org/10.1038/d41586-023-00132-y。

[3] Xu、F.、Huang、Y.、Zhao、S. 他。収縮球におけるカイラル地形不安定性。自然科学2、632–640（2022）。

[4] 周涛唐辛子品種資源の評価とカプサイシン含有量に影響を与える要因に関する予備研究[D]。湖南農業大学、2005年。

[5] Xu、F.、Huang、Y.、Zhao、S. 他。収縮球におけるカイラル地形不安定性。自然科学2、632–640（2022）。