2013年07月17日

「クモの糸」を真似る。昆虫に倣う [生物模倣]



遠い遠い天上からするすると垂れてくる「クモの糸」。

その一筋の細い光に思わず手を拍って喜んだカンダタ。

彼は生前大泥坊で、今は地獄に落ちていた。そしてその底にある血の池の血にむせびながら、まるで死にかかった蛙のように浮いたり沈んだりしていたところだった。



「しめた」とばかりに早速その銀色のクモの糸にすがりついたカンダタは、一生懸命に上へ上へと登り始める。

「きっと地獄から抜け出せるに相違ない。うまくいくと、極楽へ入ることさえできるかもしれない」

一生懸命に登った甲斐あって、さっきまで自分がいた血の池は今ではもうすっかり暗の底に隠れてしまっている。

「しめた。しめた」と笑うカンダタ。



ところが、ふと気づく。

クモの糸の下の方には、数限りない罪人たちがまるでアリの行列のように、上へ上へと一心によじ登ってくることに…!

自分一人でさえ切れそうな、このか細いクモの糸。それがどうして、あれだけの人数の重みに堪えることができよう。



そして大声で叫ぶ。

「こら、罪人ども! このクモの糸はオレのものだぞ! 下りろ! 下りろ!!」

その途端、今まで何ともなかったクモの糸が、急にプツリと音を立てて切れてしまった。カンダタはあっと言う間もなく、風を切って独楽のようにくるくるまわりながら、見る見るうちに暗の底へと真っ逆さまに落ちていく。



あとにはただ、クモの糸がきらきらと細く光りながら暗い空に短く垂れているばかり。

その切れたクモの糸を、天上から悲しそうに見つめるお釈迦様。その糸は極楽のクモのもの。それをお釈迦様が蓮池の真下にある地獄の底へと垂らしたものだった。










◎強いのに伸びる



冒頭の話は芥川龍之介の「蜘蛛の糸」。

極楽のクモの糸は、人間が数限りなくぶら下がっても決して切れることはなかった。ただ、カンダタが自分だけ助かろうという無慈悲を起こしたばかりに切れてしまったのである。



ところで、地上のクモの糸はいかほどの強さを持つものであろうか?

その糸はクモという小さな生物が何億年とかけて進化させてきた結晶であり、その繊維は世界で最も強靭だといわれている。

とりわけ、クモが自分でぶら下がる時に使う糸は類まれな「強さと伸縮性」を兼ね備えているという。



強いのに伸びる。

これは一見矛盾している。強ければ硬かろうし、伸びるのなら軟らかいはずだろう。

ところがクモの糸は、その弱々しい外見からは信じがたいことに「鋼鉄」よりも強く(約2〜5倍)、しかも「ゴム」のように伸びるのだ(伸縮性はナイロンの2倍、寒さに遭ってもその軟らかさを保つ)。



その秘密は分子レベルの構造にあると見られ、そのカギを握るのが「フィブロイン」というタンパク質である。

その一本一本は「硬い部分」と「軟らかい部分」が交互に並んだ構造をしており、それが束になって集まると、硬い部分は硬い部分同士でくっつき合ってさらに頑丈に、軟らかい部分は軟らかい部分同士で絡まり合って伸びても切れにくくなる。

その結果が、相矛盾する強さとしなやかさを兼ね備えたクモの糸なのだという。鋼鉄よりも硬いものの間に、ゴムのように伸びる素材がナノ単位(100万分の1mm)で入っているのである。










◎ベンチャー精神



そんな夢のような繊維、クモの糸を人工的に作れないものか?

人間のつくった繊維の中で最も強靭といわれるのは「アラミド繊維」。石油からつくられたこの糸は防弾チョッキにも使われている。

だが、その人類自慢のアラミド繊維ですら、最もタフなクモの糸といわれる「ダーウィン・バーク・スパイダー(Caerostris darwini)」のそれに比べれば、その足下にも及ばない。天然のクモの糸のほうが7倍以上も強いのだ。



人工のクモの糸、その実用化を慶応大学発のベンチャー企業「スパイバー」は夢見た。

それは大学4年生らが集った飲み会の席、「クモの糸は物凄い! これを量産化する技術を開発して実用化しよう」と朝まで盛り上がった。だが、酔いの覚めた真面目な研究室では、その荒唐無稽なアイディアは失笑の的でしかなかった。

それもやむない。あのアメリカの大手繊維企業「デュポン」のつくったアラミド繊維でさえクモの糸には遠く及ばず、アメリカ軍も開発に取り組んで挫折したというのがクモの糸なのだ。それを大学の小僧らが酔った勢いで「それをつくってみせる」と豪語したのである。



「そんなことできるわけない。不可能だ」

そう一蹴されたにも関わらず、のちにベンチャー企業スパイバーの社長となる「関山和秀」氏は、クレージーな飲み仲間たちとともに一心不乱にクモの糸の実現化に取り組みはじめた。

そして一年、ついに完成。だがそれでも笑われた。ようやくできた繊維はミミズだがゴミだかわからない。しかもたった20mg、爪の先ほどの量をつくるのにフラスコを振り続けて3ヶ月もかかる。とても量産できるとは思えなかった。



それでも、それはすでに夢のタネであった。

クモの糸の主成分である「フィブロイン」というタンパク質は見事に再現されており、しかも石油に頼らず、微生物という自然界の力が活用されていた。

クモという生物は縄張り意識が相当に強く、大量に飼おうとしてもすぐに共食いをしてしまう。彼らは決して蚕(かいこ)のように大人しく飼われる生き物ではなかった。そこで、関山氏は最新のバイオ・テクノロジーによって微生物(バクテリア)にクモの糸を作り出す遺伝子を組み込んだ。

温度や栄養などを最適化することにより、このバクテリアは大量培養することができ、その培養液を精製すれば、クモの糸の原料たる「フィブロイン」だけを回収できた。



そして5年後、生産効率は一気に2,500倍にまで飛躍的に向上。

ついに世界で何ぴとたりとも成し得なかった「クモの糸」の量産は、ここに現実化するのである。

名作「蜘蛛の糸」を生んだ、この日本で。しかも、クレージーな若者たちが。










◎夢のまた夢



ところで、クモの糸の繊維は何に実用化でき得るのか?

「たとえば、人がぶつかっても歩行者にケガをさせない自動車」

関山社長はそう言う。クモの糸を平面に織りあげることでそれはシート状になり、自動車のボディーにもなるという。鋼鉄よりも強く、しかも軟らかいという摩訶不思議なボディーに。

最新のボーイング787「ドリームライナー」という飛行機に応用されたのは炭素繊維であるが、クモの糸の織りなす繊維はその10〜15倍もの強度(タフネス)を持つとされる。



「来ているか忘れてしまうような軽くてしなやかな防護服であったり、もしかしたら次世代の宇宙服になるかもしれない」と関山社長は続ける。

また、石油ではなく天然のタンパク質であるということを活かし、人工血管だったり手術の縫合糸であったりと、次世代の医療を担うような材料もつくれるかもしれない。



さらに驚くべきことに、このクモの糸はさらに強くしたり、より伸びるように「デザイン」できるという。

タンパク質というのは生命、たとえば私たち人間の身体の原料でもあり、およそ10万種類が知られているが、その元をたぐっていけば「たった20種類のアミノ酸」に行き着く。それらがどう並ぶか、どうつながるかによって、たとえば髪の毛になったり皮膚になったり筋肉になったり、ホルモンになったり酵素になったりする。もちろんクモの糸にも。

すなわち、そのアミノ酸の配列をデザインすることでクモの糸の強度および伸縮性をコントロールすることも可能となるのである。それはつまり、自然界最強の「ダーウィン・バーク・スパイダー」がつくるクモの糸をも凌駕する繊維を人間が生み出すこともできるということである。



なんと、現在のバイオ・テクノロジー、ナノ・テクノロジーは自然界を超える可能性があるのであった。もしかしたら、本当に「極楽のクモ」のように、カンダタはじめ数知れぬ人間を何十人とぶら下げられるクモの糸がつくれてしまうかもしれない。

関山社長は言う。「このクモの糸がありとあらゆる繊維製品に使われて、世の中を変えていく。モノづくりの概念を一変する」と。

もし一本のクモの糸がこの世界全体を引っ張り上げるとしたら、罪多きわれわれはカンダタとともに極楽への道を示されているのかもしれない。



さらに関山社長は言う。「この飲み会の席からはじまった半ばクレージーな『クモの糸を実用化するというアイディア』。はじめはみんな不可能だと言いました。みなさんは不可能だと思いますか?」

そして断言する。

「私たちはそう思わない」










◎真似



生物が何億年もかけて育んだ叡智は、クモの糸にとどまらない。

ヤモリの足の裏には吸盤も粘着物質もない。それなのに地球の重力にさからって壁でも天井でもペタペタと歩き回れる。それはその足の裏にナノ・サイズ(100万分の1ミリ)の微細な毛が数億本びっしりと生えていて、物質同士を引き合わせる特殊な力を働かせているからだという。

また、チョウが花の蜜を吸う細長いストローのような口には何の筋肉も動力もない。それなのに、粘り気のある蜜をチューチューと吸い上げることができる。なぜか? それはストローの内壁の微細な凸凹が表面張力を連続的に発生させ、その結果、ハチミツのようなネバネバな物質でも引き上げることを可能にしているのではないかと考えられている。








もし、クモの糸のようにヤモリの粘着、そしてチョウの無動力ポンプが実用化されるのならば、それは画期的である。

人間の作ったテープは容易に剥がすことができず、剥がしても跡がのこる。ところがヤモリの足の裏は何度はがしてくっつけてもその粘着力は衰えない。がっちり張り付くのに、簡単に剥がれるという矛盾があっさりと解決されている。

そして、チョウの蜜を吸い上げる原理を応用すれば、水に垂らすだけで勝手に水を吸い上げるホースが実現できるかもしれない。もしポンプなどを使わずにその内壁のザラザラだけで液体の移動が可能になったら、現在の液体輸送は極めてシンプルなものとなるだろう。事実、何十メートルと見上げるほどの大木は、ポンプもなしに地中の根っこから空の先の葉っぱにまで水を吸い上げている。



生物に学ぶ、そして真似る。

「まなぶは、まねる。まねるは、まなぶ」

それが生物模倣(バイオ・ミメティクス)とよばれる動き。クモの糸しかり、ヤモリの足裏をカーボン・ナノチューブで再現した「ヤモリ・テープ」もすでに実用化されている。










◎製造の方法



ある風力発電の羽は「クジラのヒレ」をヒントに回転効率を向上させたといい、ある自動車は「ハコフグ」という魚の形を真似て空気抵抗を極めて小さくしたという。またある注射針は、こっそりと蚊が人の血を吸うようにほとんど痛みを感じさせない。

生物学者エドワード・O・ウィルソン博士はこう言った。「人類にとっての真のフロンティアは地球上の生命であり、彼らを調査して得た知識を科学や実用に役立てることをまず考えるべきである」と。








自然は人間の師やモデルになり、そして「ものさし」にもなる、とサイエンスライターのジェニュイン・M・べニュス女史は言った。自然界をものさしとして、人間の技術革新の正しさが測れるというのである。

このものさしで見れば残念ながら、現代文明の生んだモノづくり、製造という技術は「自然のものさし」とは真逆に進んできたとも考えられ得る。







それを教える生物の一つが「アワビ」だと、垣澤英樹・東京大学准教授は考えている。

アワビの殻というのはセラミックスの一種なのだが、それは人がつくったものと違って非常に割れにくい。その秘密は、厚さ1mmにつき薄い板が1,000枚以上も積み重ねられたミルフィーユのような構造にある。さらにその一枚一枚の間には軟らかい接着層が組み入れられており、それがクッションとなって衝撃を吸収して強さを発揮するのだという。

アワビの殻の中にもやはりクモの糸と同様、硬さと軟らかさという矛盾を両立させるナノ・サイズの技術が詰め込まれている。



だが驚くのはその構造というよりも、その「製造方法」である。

人間がセラミックスをつくる時、高温で焼き固めたり高い圧力をかけなければならない。だがアワビはそんな大仰なことをせずして、それよりも優れた殻をつくり上げてしまう。アワビは海中にありふれた「炭酸カルシウム」を取り込むだけで、まったく静かに強靭な貝殻を成長させていくのである。

その見事さに垣澤准教授は「最もエネルギーの少ない作り方をしています。何億年という歴史の中で淘汰してきて辿り着いた作り方なのです」と語る。



そうした静かな建設はアワビだけに限らず、クモの糸もそうであるし、生物全般がそうである。かく言うわれわれ人間が人間をつくるのも同様、静かな内なる工程なのである。その工程は常温・常圧の下で行われ、炭素や酸素、水素や窒素などのいわゆる軽元素と呼ばれるありふれた材料でもモノづくりである。

一方、工業製品の生産現場はどうかと省みる。もし何の物音も立てない工場があるとしたら、それは廃墟に違いない。通常はガリガリと削ったりガンガンと叩いたり。高い温度や高圧、時には真空下という異常な環境に置かなければ作れないものもある。






◎破壊



今までの科学は「建設は何もしていない。しているのは破壊と機械的操作だけなんです」と、数学者「岡潔」氏は言っていた。彼は1978年にこの世を去っているのだが、彼の言葉は現在にもまだ通じているように思う。

岡氏は言う。「破壊だったら相似的な学説か何かがあればできるのです。建設をやって見せてもらわなければ論より証拠とは言えないのです。だいたい自然科学で今できることといったら破壊だけです。その最大のものは原子爆弾をつくれたということでしょうか」








破壊的な行為によって作られたものは破壊しか生まないと岡氏は言う。人類の福祉に役だっている「人類を細菌から守る」ということでさえ、「破壊によって病原菌を死滅させている」。

岡氏は続ける。「私が子供のとき、葉緑素はまだつくれないと習ったのですが、多分いまでも葉緑素はつくれない、葉緑素がつくれなければ有機化合物は全然つくれないのです。一番簡単な有機化合物でさえつくれないようでは、建設ができるとは言えない」



21世紀になった今も、人類は植物の光合成を真似ることはできていない。それでも、その植物らが葉緑素によって生み出した石炭や石油を使うことを進化させてきた。

だが、元の生産ができないということは、いずれそれらの資源が枯渇した時に行き詰まるということを意味する。ウラン鉱も然り。原子力発電も有限な「借り物」の上に成り立っている。



クモの糸を人工的に開発したベンチャー企業の関山和秀社長も、それを懸念している。

「石油からできている化学繊維というのは、私たちの身の回りのありとあらゆる製品に使われていて私たちの生活を支えています。しかし、石油が枯渇してしまったらそれは使えなくなってしまう」

そのため彼は石油に頼らない繊維として、微生物に頼ってクモの糸を合成してみせたのである。「自然のものさし」で測ったとき、きっと彼は正しい方を向いているのだろう。というのも、石油や天然ガスなどの地下資源に依存したモノづくりにはすでに陰りが見え始めているのだから。






◎昆虫



人類による「生物の真似」はまだ緒についたばかりであるが、その最大の師は「昆虫」だと言われている。

たとえば、タマムシの仲間は数十km離れた火山活動を認識することができるという。赤外線を受容できる微細な器官によってそれを可能にするらしい。ガの仲間には、まるで立体的に羽が丸まって見えるトリック・アートのようなムラサキシャチホコという蛾がいる(鱗粉の濃淡によって平面が立体的に見える)。

また、アフリカに生息するシロアリの中には「電気代0円のエアコン」を完備した巨大なアリ塚をつくる者もいる。煙突のようになった上部から熱と二酸化炭素を放出し、地下の生存域には地下水をかけて気化熱で冷房する。その仕組によって外気温が40℃の時でも、その巣の中は30℃に保たれる(ジンバブエには、この構造を真似た建造物が実際にあるという)。



クモももちろん昆虫であり、その進化の歴史は4億年という長きを誇る。

じつは地球上で最も繁栄している種は人間ではなく彼ら昆虫である。既知の種だけでも100万種に達し、未知のものも含めればその10倍、1,000万種もいる可能性がある。その生物量(バイオマス)はおよそ全人類の15倍という途方もなく巨大なものである。

それほどの大所帯のわりに、昆虫らはそれほど人類に迷惑をかけないばかりか、地球環境にもダメージを与えることはない。つまり、彼らは自然環境と境目がないほど巧みに「共生」を果たしているのである(一方の人類が完全に自然界から浮いた状態だというのに…)。



昆虫たちの進化の基本は自然との「共進化」。限られたエネルギーの範囲内で、身の回りの材料のみを用いてそれを果してきた。

その方向性は「多様化」「分散化」、そして「小型化」。種の数の多様さは、そのまま各々の生活様式の違いでもある。生きる方法も違えば住む場所も様々に異なる。そして限られた自然環境を鋳型にしてできる姿は小さなものばかり。

それに対して、人間の進んできた道は「均一化」「集中化」、そして「大型化」。ことごとく昆虫たちの成功法則とは正反対であった。






◎種



「現在の人類進化の状態ではいつの日か、自分で自分を滅ぼしてしまうのではないか」と、先述の数学者・岡潔氏は言っていた。

そしてこう続ける。「自然に対してももっと建設のほうに目を向けるべきだと思います。幸い滅びずにすんだらのことですが、滅びたら、また20億年繰り返してそれをやればよいでしょう」

岡氏のいう20億年という歳月は、人間が単細胞からここまで至った果てしのない距離である。はたして現在のわれわれは、血の池の中にうごめいているカンダタなのであろうか?



「自然を見てみますと、草は種からはえては大きくなって、花が咲いて実ができたら枯れてしまう。またその実から芽を出して、繰り返し繰り返しやっておりますが、これはまったく同じことを繰り返しているのではなく、こうしているうちに少しずつ、なぜか知りませんが、進化している」と岡氏は語る。

咲いた花もあるのなら、枯れて滅びるものもある。そして新しい種はまた新しい物語をはじめる。



「あまり人為的なことばかりやっていると、人間は弱る」と小林秀雄は言う。

そんな時だ。「自然に帰れ」という聞きいたことのある言葉がどこからか響いてくるのは。そして、眼前に垂れる一筋の銀色の光を見つけるのは。



窮すれば変ず、変ずれば通ず。

たとえ今の人類の進む道がか細くなっていこうとも、まだ選択できる道が残されていることは幸いなことである。

たとえそれがクモの糸のように頼りなく見えても…













(了)






出典:
NHKクローズアップ現代「生物に学ぶイノベーション」
NHK視点・論点「バイオミミクリーと昆虫」
人間の建設 (新潮文庫)」岡潔・小林秀雄

posted by 四代目 at 10:35| Comment(0) | 昆虫 | このブログの読者になる | 更新情報をチェックする
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