ヘビは手足がないのにどうやって登っているのか？

動物はとても驚くべきことをします。 ジャナキ・レニンのこのシリーズを読んでください。

ペグのついたポールをよじ登るブラウンツリースネーク。 Credit: Bruce Jayne

ヘビは手、足、爪、または粘着性のあるつま先のパッドの助けを借りずに木に登ります。 また、這う、潜る、泳ぐ、そして空中を滑空することもある。 どのような行動をしても、その体型は変わりません。 水ヘビにはヒレがなく、飛ぶヘビには翼がなく、穴を掘るヘビにはツメがない。 しかし、彼らは自分の体を微妙に変化させている。 木登り専門のヘビは細身で、長い尾は枝に巻き付くことができるような先天性のものであることが多い。 ボアコンストリクターのような地上を這うタイプのヘビは、体重が重く、尾は短い。 4027>

ヘビは筒状の体全体を曲げたり撓ませたりして登ります。 腹部は光沢があり、一見登山に不向きなように見えるが、粗い木の皮の上を滑るように登る。

木の幹は、滑らかなものからざらざらしたものまである。 滑らかな幹や足場のない壁では、一部のヘビが負けてしまう。

南太平洋のブラウンツリーヘビは、エリートツリークライマーの一人である。 第二次世界大戦中、貨物船の密航者として太平洋のグアム島に侵入してきました。 捕食者がいないため、その数は膨大なものになりました。 グアム島はどこも安全ではありません。 このヘビは、すでに在来種の鳥類や哺乳類を減少させています。 そして、電柱に登って短絡させ、停電を引き起こす。

彼らの並外れた登り方の秘密は何だろうか？

滑りやすい電柱をよじ登るブラウンツリースネーク。 Credit: Bruce Jayne

米国シンシナティ大学のバイオメカニクス教授、ブルース・ジェインとその学生たちは、ある実験を行いました。 彼らは、がっしりしたボアコンストリクター、中重量のコーンスネーク、そして細身で機敏なブラウンツリースネークを自分のペースに乗せたのです。 コーンスネークは、陸上でも樹上でも狩りをする万能選手だ。 4027>

研究者たちは、滑らかな円筒に釘を打ち込んで、異なる木の幹の質感をシミュレートしました。 ペグは柱とほぼ同じ高さにしたり、最大4cmまで突き出したりしました。 また、円柱の傾斜の度合いも水平から垂直まで変化させた。 傾斜が大きくなり、ペグの長さが短くなると、ヘビはどのように行動するかを観察した。 4027>

ペグが高く、傾斜が浅い場合、ヘビは普通に登り、ペグに体を押し付け、ジグザグに上へ向かっていったのです。

この実験ですべてのヘビにとって最も困難だったのは、ペグがまったくない垂直に近い円筒を登ることだった。 そこで、コンチェルティーナと呼ばれる独特の運動法に頼りました。 円筒の周りを2〜3回ぐるぐると回っては前方に伸び、またぐるぐると回っては下半身を上に引きずり上げる。 4027>

研究者が長さ1mmの最も短い釘を用意すると、ブラウンスネークは通常の曲がりくねった歩き方で滑るように移動するようになった。 しかし、ボアコンストリクターとコーンスネークは、ペグが十分に長くなり、体を上に持ち上げることができるようになるまで、コンチェルティーナスタイルでのろのろと歩きました。 研究者によると、ヘビは行動を修正することで、異なる構造に対処しています。

コンセルティナ運動は、通常の曲がりくねった起伏よりも7倍もエネルギーを消費します。 グアムのブラウンツリーヘビが電柱にしがみつくのを避けるのはそのためだろうとジェイン氏は言う。 その代わり、電柱を支える細いガイワイヤーに登ります。

木に住むヘビは、エネルギーを節約して、できるだけコンチェルティナ様式に頼らないようにしたいのです。 ヒメツリーヘビが急勾配を少ない支えで登れるのはなぜか

ツリーヘビの腹の鱗は体の幅に渡って伸びています。 ボアコンストリクターのような他のヘビでは、この鱗は短く、腹全体を覆っていない。

ブロンズツリーやモモンガ、アジアの一部のオオカミヘビなど、木に登るヘビには腹の鱗の両側に切り込みがあることが、爬虫類学者によって長い間知られていた。 ブラウンツリーヘビにもある。 これは、腹の鱗と背中を覆う小さな鱗との間に折り目をつけるためのものである。 この折り目は腹側キールと呼ばれ、木や壁のわずかな凹凸もつかむことができる。

腹鱗の形と形態の変化を示す研究対象3種の腹側図。 (A)ボアコンストリクター。 (B)コーンスネーク。 (C)ブラウンツリースネーク。 Credit: Bruce Jayne

「私たちの最も注目すべき発見は、キールが滑りを防ぐのに役立ち、ヘビが速いだけでなく、おそらくエネルギーを節約できるタイプの這いを使用できることです」とJayne氏は言います。 「これは、路面の傾斜が大きくなるにつれて、より重要になります。 たとえば、ブラウン ツリー ヘビは、わずか 1 mm の高さの釘を押すだけで、垂直の円柱をまっすぐ登ることができました」

登山家は、落下を中断するためにビレイ装置を使用します。 ヘビのビレイ装置はこの鋭い腹のヒダである。 コーンスネークにも少しはありますが、ブラウンスネークほど顕著ではありません。 ボアコンストリクターは、このような機能がないため、コンチェルティーナスタイルで滑りやすいポールに登り、体力とエネルギーを費やしているのです。

この折り目は、ヘビの断面形状を変化させる。 ボアコンストリクターのように、ほとんどのヘビは断面がほぼ円形である。 コーンスネークはパンに似ていて、上は丸く、下は角がある。 茶色の木のヘビでは、折り目が体の外側に鋭く突き出ている。

ロータンドの体は、わずかな突起から転がり落ちてしまうので、登山用には作られていません。 すらりとしたブラウンツリーヘビも、お腹が食べ物や卵で重くなると、登攀能力を失ってしまいます。

この実験による発見は、さらなる疑問を投げかけました。 “クリソペリア属の滑空ヘビなど一部のヘビは、ブラウンツリーヘビよりもさらに鋭い隆起を腹に沿って形成できる “とジェイン氏はThe Wireに語っています。 「しかし、さまざまな質感の表面を登る能力をテストする実験データがまだ不足しています」

ジェイン氏は、この実験の結果を実世界で活用したいと考えています。 彼は、グアムにある特定の木や電柱にヒガシオオガシラヘビが登るのを防ぐ、ツキノワグサの防具を設計することを提案しています。 例えば、電柱のガイワイヤーを保護すれば停電を防ぐことができますし、木に巻き付ければ、傷つきやすい鳥の巣を捕食から守ることができるのです。

「ブラウンツリーヘビは、45度以上の急傾斜であれば、直径約10cm以上のPVCパイプを登るのはとてつもなく困難です」と、ジェイン氏は言います。 “他の研究者による古い研究では、木の幹の樹皮を削って滑らかにすることが、北米のある種のネズミヘビが木の幹に登ってアクセスするのを防ぐのに非常に効果的であることが分かっています。 しかし、このような方法で木の幹を滑らかにし、そのような自然の表面に手を加えたヒガシオオガシラヘビが登るのを防ぐことができるかどうかは、まだわかっていない。 しかし、これらのアプローチはどちらも大きな可能性を秘めており、フィールド条件下で有効性を直接検証するためのフォローアップ研究を行う価値があるのは間違いないと思います。”

さらに、ジェインはエンジニアと共同で、生物にインスパイアされたデザインを用いたロボットを開発しています。 蛇を模倣したロボットは、人間や車輪のついたロボットにとって厳しいパイプや狭い空間の中を登って操縦することができます。

コンチェルタン運動はエネルギーコストが高いので、彼はロボット設計にそれを使うでしょうか。

「非常にしばしば、エネルギー経済以外の設計パラメータが最も重要です」とジェイン氏は答えます。 「ある種の運動が経済的であったとしても、動物や機械が特定の表面で動くことができなければ、それは役に立たないかもしれません。 たとえば、私たちの研究のすべてのヘビは、釘がない滑らかで急なシリンダー上でコンチェルティナ運動を使っており、摩擦把持はそのような状況で滑りを防ぐために非常に有効な戦略です」

この研究は、2015年12月17日に「実験生物学の雑誌」に掲載されました。”

Janaki Lenin is a author of My Husband and Other Animals.”。 ヘビ男のロム・ウィテカーと森で暮らし、@janakileninでツイートしています。

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