なぜビクトリア・レギアの葉は人々を助けることができるのでしょうか?実際、舞台裏では懸命に働いていた

「蓮の葉が水に浮かび、仙人は船の上にしっかりと座って宴会を楽しんでいます。」子どもの頃、この詩を見たとき、蓮の葉がどうしてこんなに大きくて人が座れるのだろうといつも不思議に思っていました。これは、先生が授業で言っていた「誇張」という修辞技法に違いありません。ある日、私は植物園でビクトリアアマゾニカを見つけました。

詩の中で仙人たちが食べている植物は、南米原産のビクトリア・アマゾニカではないことは確かだが、その巨大な葉は、子供だけでなく大人でも座れるほどの大きさである。

ビクトリアアマゾニカの葉の上に座っている子供。画像出典: kew.org

では、このような予想外の重さに耐えられるビクトリアアマゾニカの葉の秘密は何でしょうか?

ビクトリアアマゾニカの葉の秘密

ビクトリアアマゾニカは、その巨大な葉と並外れた耐荷重能力で、長い間科学者、建築家、芸術家を魅了してきました。しかし、ビクトリア・アマゾニカの葉がどのようにして幅2〜3メートルに成長し、子供や大人の体重を支えられるほどの大きさになるのかは、現在まで謎のままです。

科学誌「Science Advances」に最近発表された研究がこの疑問に答えています。研究者たちは、ビクトリア・アマゾニカの超強力な耐荷重能力の秘密は、その巨大な葉の裏側に隠されている可能性があることを発見した。

植物園やニュースでビクトリア・アマゾニカを目にする人は、ほとんどの場合、その葉の表側を見ることになります。正面から見ると、ビクトリアアマゾニカの葉は、縁が上向きになった巨大なディナープレートのように見えます。成長期には、ビクトリアアマゾニカの葉は完全に成長するまで毎日急速に外側に広がります。中国花卉新聞によると、十分なスペースがあれば、ビクトリアアマゾニカ1本で20〜50平方メートルの水域を覆うことができるという。

写真：筆者撮影

ビクトリアアマゾニカの葉柄を切り取り、裏返すと全く違う景色が見えます。葉の表側のエメラルドグリーンとは異なり、ビクトリアアマゾニカの葉の裏側は紫がかった赤で、多くの硬いトゲと放射状の網目状の葉脈があります。

ビクトリアアマゾニカの葉の裏側と表側。画像出典: kew.org

ご想像のとおり、ビクトリアアマゾニカの葉の裏側にある交差する葉脈が、沈むことなく人を運ぶことができる秘密です。想像してみてください。葉が沈むことなく一定の重量を支えるためには、葉には一定の機械的強度が必要であり、バイオマスは大きすぎてもいけません（重すぎると、すぐに沈んでしまいます）。ビクトリアアマゾニカの葉脈は、上記の 2 つの問題を完璧に解決します。

ビクトリアアマゾニカの葉脈の構造。画像出典: 参考文献

私たちが日常生活で目にする多くの植物とは異なり、ビクトリアアマゾニカの葉の裏側の葉脈は非常に太く、皿のような隆起があり、交差して小さな四角い格子を形成しています。それだけでなく、全体から見ると、板状の葉脈が葉柄から周囲に放射状に広がり、網目状に分布して葉全体を均一に覆っており、非常に頑丈な骨格のように見えます。

実際、まさにその通りです。科学者たちは、そのような構造についてフィールド実験と数学的モデリング分析を実施し、スイレンの葉と比較して、ビクトリアアマゾニカの葉の特殊な構造により、同じ重さでより高い構造強度を実現できることを発見しました。

ビクトリアアマゾニカの葉の構造の数学的モデリング 画像出典: 参考文献

構造的に強度が高いことに加え、ビクトリアアマゾニカの厚い葉脈の内部には多くの隙間があり、そこにガスが満たされ、大きな浮力を生み出します。この 2 つの組み合わせにより、ビクトリア アマゾニカは人を乗せて水に浮かぶことができるようになります。

大きな葉は人を運ぶためではなく、生き残るためです。

これを見ると、皆さんは一つのことが気になりますね。なぜビクトリア・レギアの葉はこんなに大きいのでしょうか?ビクトリアアマゾニカの大きな葉は人を運ぶことができますが、ビクトリアアマゾニカは人が座れるようにそのような大きな葉を進化させたわけではありません。

それで、ビクトリアアマゾニカはどのようにして水中の巨人になったのでしょうか?これは彼らが住む環境から始めなければなりません。

前述のように、ビクトリアアマゾニカは南アメリカ原産であり、熱帯地域では種の多様性が非常に高く、異なる種間の種間競争も比較的激しいです。そのような環境で目立ちたいのであれば、何かユニークなものを持たなければなりません。

ビクトリアアマゾニカと他の植物は互いに補完し合います。画像出典: powo.science.kew.org

ご存知のとおり、植物は光合成を行うために葉に依存していますが、植物の葉は無限に増えることはできません。葉の大きさは葉の機械的強度によって制限されます。大きくなっても意味がない。力がないと、結局は雨や風に吹き飛ばされてしまいます。

科学者たちは、ビクトリア・アマゾニカの構造により、バイオマスが少なくても大きくて非常に強い葉を育てることができ、それによって光合成のためにより多くの太陽光を捕らえることができ、それが成功の秘密なのではないかと推測している。

野生の池で、ビクトリアアマゾニカの巨大な葉が急速に成長して水面に広がり、水面の貴重なスペースを奪い合い、光を遮って、葉の下の他の植物が動く余地がなくなることを想像してみてください。 「植物のいじめっ子」という既視感を感じませんか？

ビクトリアアマゾニカの若葉 画像提供: BBC

実際、その「いじめっ子」のような大きさに加えて、その体の「装備」も、あまり優しくない印象を与えます。前述のように、葉の裏側はトゲで覆われています。これらのトゲにより、水から出たばかりのビクトリアアマゾニカの若い葉は「ハリネズミ」のように見え、見知らぬ人は近づかないようにする必要があります。魚が葉を食べるのを効果的に防ぐことができます。これらのトゲは、葉が成長するにつれて周囲の領域を「殴り」、周囲の植物を後退させます。

要約すると、高強度と低コストにより、ビクトリアアマゾニカは、スペースと光をめぐる他の植物との「戦い」で有利になります。これが植物の知恵なのかもしれません。

ビクトリアアマゾニカの葉が徐々に成長します。画像ソース: plantwerkz.blogspot.com

植物の知恵から知識を引き出す

実際、ビクトリアアマゾニカの機能は、人を運ぶことだけではありません。人々、特に建築家は、その葉の構造から多くのことを学んできました。

1851年、イギリスのハイドパークに建てられた高層ビルは人々に「鉄筋とガラスでこんなに美しい家が建てられるなんて」と驚かせました。さらに驚いたのは、この建物の設計者が実は庭師のジョセフ・パクストンだったことです。パクストンは通常、ビクトリアアマゾニカの栽培を担当していました。パクストンはかつて娘をビクトリア・アマゾニカの葉の上に置いたところ、葉が無傷だったことが記録されている。これが彼にインスピレーションを与え、会場のデザインを完成させました。

パクストンの娘がビクトリアアマゾニカの葉の上に立っています。画像出典: virtualherbarium.org

第1回万国博覧会の会場として「水晶宮」の異名をとった。ヴィクトリア女王は日記にこう記している。「鉄の門をくぐると、教会の最上階が見え、無数の手を振る人々、花、彫像、人々で賑わう廊下が目に入った。ホールに入ると、大きなトランペットの音が聞こえた。この感覚は本当に忘れられない。私は非常に興奮した。見渡す限りの美しい水晶の噴水は、とても神秘的で、とても広大で、とても輝かしく、とても衝撃的だった。それ以来、この感覚について何度も語ってきたように、その日、私の心は敬虔さで満たされた。他のどんな儀式でも、人々にこのような気持ちにさせるのは難しい。」 （注：日記の内容はフェニックスTVの報道より引用）

ビクトリアアマゾニカの葉の構造が建築家に多くのインスピレーションを与えることは間違いありません。葉の構造を参考に設計されたバイオニック耐荷重構造は、変形に対する耐性が強く、より重い重量にも耐えることができます。

ビクトリアアマゾニカの葉を参考に設計されたバイオニック耐荷重構造 画像出典: 参考文献

これを見て、あなたもビクトリアアマゾニカの魅力を身近に感じてみませんか？ビクトリアアマゾニカの花は夕方に開き、朝には閉じるという特徴があるため、鑑賞したい観光客は開花時期に注意する必要があります。夏の暑さもピークを迎えているので、夕方にアマゾニカを鑑賞するのがおすすめです。そこから何かインスピレーションが得られるかもしれません!

参考文献:

Box, F.、Erlich, A.、Guan, JH、Thorogood, C. (2022)。巨大な浮葉は経済的な材料コストで大きな表面積を占めます。サイエンスアドバンス、8(6)、eabg3790。

制作：中国科学普及協会

著者:EVEE

プロデューサー: 中国科学博覧会