「マルハナバチは計算では飛べない」はウソで、エベレスト山頂より薄い空気でも飛べた

「マルハナバチは、計算では飛べないはずだ」。こんな話を聞いたことはありませんか。

マルハナバチは、丸くて毛の多い体のハチです。2014年の論文には、マルハナバチは昔から、よたよた飛ぶ虫だと思われてきた、と書かれています。体が大きいわりに、羽が小さめだからです。

この話のもとをたどると、少なくとも1934年にフランスで出た1冊の本に行きつきます。けれども今では、ハチがどうやって飛んでいるのかは、実験でかなり分かっています。しかも2014年に発表された実験では、マルハナバチはエベレストの山頂より空気が薄い条件でも、空中で止まるように飛べました。

この記事では、まず1934年の本に何が書かれていたのかを見ます。次に、昔の計算が合わなかった理由と、ハチの羽が体を持ち上げるしくみを紹介します。最後に、マルハナバチを薄い空気の中で飛ばした実験を紹介します。

011934年のフランスの本で、飛行機の翼の計算は昆虫に合わなかった

本の名前は『昆虫の飛行（Le Vol des Insectes）』です。1934年にフランスで出ました。書いたのは、動物学者のアントワーヌ・マニャン（Antoine Magnan）です。

マニャンは、数学者のアンドレ・サント＝ラゲ（André Sainte-Laguë）と一緒に計算をしました。使ったのは、飛行機の翼にはたらく力を求める法則です。それを、はばたく昆虫の羽に当てはめました。すると、昆虫がどうやって飛んでいるのかを、説明できなかったのです。

2015年に科学雑誌『ネイチャー』に載った解説記事は、2人はハチが飛ぶのは不可能だと結論した、と紹介しています。もちろん、ハチは実際に飛んでいます。

この計算の話が、どういう道すじで「マルハナバチは飛べない」という形になったのか。そこは、今回確かめた資料には書かれていませんでした。ただ、インドの研究者サンジャイ・サネ（Sanjay P. Sane）は、2017年に解説を書きました。その中でサネは、この俗説はただの間違いではなく、もとには本当の問題があったと書いています。当時の飛行機の理論では、昆虫が飛べる理由を本当に説明しきれなかったのです。

02計算が合わなかったのは、ハチの羽を飛行機の翼と同じだと考えたから

間違いは、計算そのものではありませんでした。2015年の『ネイチャー』の記事によると、問題は、ハチが飛行機やグライダーと同じしくみで飛んでいる、と考えたことでした。

飛行機の翼は、空気が同じように流れ続けることで、機体を持ち上げる力を生みます。飛行機の翼は、空気の流れに対してほとんど水平です。アメリカのカリフォルニア工科大学のマイケル・ディッキンソン（Michael Dickinson）によると、ふつうは5度もかたむきません。

翼の角度をもっと大きくすると、翼の前の縁に空気の渦ができます。横に倒れた小さな竜巻のような渦です。この渦は、はじめは大きな持ち上げる力を生みます。けれども、そのうち空気が翼から離れて、持ち上げる力が消えてしまいます。これを「失速」といいます。

ハチの羽は違います。羽は、50度をこえる大きな角度で空気に当たることがよくあります。そして、ひと振りが終わると、逆向きに動きます。そのたびに、新しい渦が羽の前の縁にできます。空気が羽から離れる前に、ひと振りが終わってしまいます。だから、ハチは失速しないのです。

031996年の論文も「ふつうの航空力学では昆虫は飛べない」と書き出していた

昆虫の飛び方の研究は、その後も続きました。1996年、イギリスのケンブリッジ大学のチャールズ・エリントン（Charles P. Ellington）たちが論文を出しました。論文が載ったのは『ネイチャー』です。その要約は、次の1文で始まります。

「ふつうの航空力学の法則によれば、昆虫は飛べない」

航空力学とは、飛行機などが空気から受ける力を調べる学問です。この「飛べない」は、昆虫が本当に飛べないという意味ではありません。はばたく羽は、同じ速さ・同じ角度で一定に動き続ける翼よりも、大きな持ち上げる力を出しています。その差を、ふつうの理論では説明できない、という意味です。

エリントンたちは、スズメガの一種の羽のまわりに煙を流して、空気がどう流れるかを目に見えるようにしました。はばたく大きな機械の模型も作って、同じように調べました。すると、羽を打ち下ろすときに、羽の前の縁に強い渦ができていました。その渦は、昆虫の大きな持ち上げる力を説明できるほどの強さでした。

04ハチの羽は、ひと振りの終わりで向きを変えるときにも力を生む

1999年、ディッキンソンたちは雑誌『サイエンス』に論文を出しました。昆虫が大きな力を出すしくみを、3つにまとめた論文です。

1つ目は「失速の遅れ」です。羽が大きな角度で空気を切っている間、すぐには失速しません。2つ目と3つ目は、ひと振りの折り返しではたらきます。羽をくるっと回す動きと、前のひと振りで乱れた空気をもう一度利用する動きです。この2つは、体を持ち上げるだけでなく、飛ぶ向きを変えるのにも使えるといいます。

このうち羽を回す動きは、テニスボールにたとえられます。2015年の『ネイチャー』の記事で、カナダの研究者ダグラス・アルトシュラー（Douglas Altshuler）がそう説明しています。ボールに逆回転をかけると浮き上がるのと似た力が、少しだけ生まれるというのです。

ミツバチでは、この折り返しの力がとても大事だと分かっています。アルトシュラーとディッキンソンたちは、2005年に発表した研究で、空中で止まって飛ぶミツバチを高速カメラで撮りました。ミツバチは、羽を振る幅が約90度で、1秒に約230回はばたいていました。ショウジョウバエ（小さなハエ）は、もっと大きく約145〜165度の幅で羽を動かします。

研究チームは、ミツバチの羽の動きを、大きなロボットの羽で再現しました。ロボットの羽は鉱物油（油の一種）の中で動かして、かかる力を測りました。大きな羽でも、小さなハチの羽と同じ流れ方になるようにするためです。すると、ミツバチの羽では、ひと振りの始め・真ん中・終わりの3か所で、力が大きくなっていました。折り返しの力が、体を持ち上げる力の大きな部分を占めていたのです。

05マルハナバチは、エベレスト山頂より薄い空気の中でも飛べた

実験したのは、アメリカの2人の研究者です。カリフォルニア大学バークレー校のマイケル・ディロン（Michael E. Dillon）と、ロバート・ダドリー（Robert Dudley）です。2005年8月、2人は中国の四川省で、花に来たマルハナバチのオスをつかまえました。場所は、標高3250mの日隆（リーロン）という所の近くです。種類は、ボンブス・インペトゥオスス（Bombus impetuosus）というマルハナバチでした。

2人は、ハチを1辺30cmの透明な箱に入れました。そして、手押しのポンプで、箱の中の空気を少しずつ抜きました。こうすると、箱の中の空気は、高い山の上と同じように薄くなります。空気は一度に抜かず、標高が約500m上がるごとの薄さを1段として、1段ずつ薄くしていきました。ハチが箱の上半分まで上がれたら、「空中で止まって飛べた」と数えました。

調べたのは6匹です。6匹とも、標高7400mより高い所と同じ薄さの空気で飛べました。そのうち3匹は8000mをこえ、2匹はエベレストの山頂より高い所と同じ薄さで飛びました。いちばん高い記録は、標高9125mにあたる薄さと見積もられました。博物館の記録では、この種のマルハナバチが見つかるのは、標高1850〜4480mの所です。

空気が薄くなっても、ハチははばたく回数をほとんど変えませんでした。1秒に約170回のままです。かわりに、羽を動かす幅を、約130度から約150度に広げていました。

06まとめ

「マルハナバチは計算では飛べない」はウソです。1934年の本の計算は、はばたく羽を飛行機の翼と同じように扱ったため、昆虫が飛べることを説明できませんでした。今では、羽の前の縁にできる渦や、羽をくるっと回す動きで、ハチが体を持ち上げていることが分かっています。

そしてマルハナバチは、実験でエベレストの山頂より薄い空気の中でも飛べました。そのときハチは、1秒に約170回というはばたく回数を変えずに、羽を振る幅を約20度広げていました。