農芸化学@High School

クモの糸の構造と引っ張りの力に対する強度の関係

德岡 直樹

兵庫県立西脇高等学校生物部(クモ班)

小寺 康太

兵庫県立西脇高等学校生物部(クモ班)

小枝 瑞歩

兵庫県立西脇高等学校生物部(クモ班)

齊藤 優奈

兵庫県立西脇高等学校生物部(クモ班)

堀江 千紘

兵庫県立西脇高等学校生物部(クモ班)

Published: 2018-08-20

本研究は,日本農芸化学会2018年度大会(開催地:名城大学)の「ジュニア農芸化学会」で発表されたものである.発表者らは,高校にて採取した11種類のクモの巣の糸の構造を顕微鏡を用いて観察し,螺旋繊維が巻き付く縦糸と横糸の張力の強度を調べ,糸の構造と強度との関係を分析した.

本研究の目的・方法および結果と考察

【目的】

学校では,いたるところでクモの巣を見る.そこに大型の昆虫などが捕らえられてもがいても,いっこうに糸が切れる様子は見られない.クモの糸はどうしてこんなに強いのだろうか,クモの種類が異なっても糸は同じ構造なのだろうか,さまざまな疑問をいだき,クモの糸の構造に着目した.クモの糸については,巣の縦糸(中心から放射状に張る糸)と横糸(縦糸に対して横方向に張る糸)の構造が異なることが知られているが,これらの構造について詳細に研究したものはない.

クモの糸はさまざまな分野への応用利用が可能だとして多くの研究がなされているが,それらは分子レベルのものである.筆者らは,分子レベルの研究では示すことができない構造と強度の関係を明らかにすることを目的に研究を行った.

【方法および結果】

1. 研究に用いたクモの種類

6~7月に学校で採取した,11種類のクモ(図1図1■研究に用いた11種類のクモ (1)コガネグモ,(2)ナガコガネグモ,(3)オニグモ,(4)アシナガグモ,(5)オオシロカネグモ,(6)オオヒメグモ,(7)ヒメグモ,(8)ヒラタグモ,(9)クサグモ,(10)イエユウレイグモ,(11)ミヤグモ)の巣の糸の構造を顕微鏡を用いて観察し,中心繊維や螺旋繊維の本数と引っ張りに対する強度との関係を調べた.クモの同定は,新海・高野(1984),浅間ほか(2001)によった(1, 2)1) 新海栄一,高野伸一:“フィールド図鑑クモ”,東海大学出版会,1984.2) 浅間 茂,石井規男,松本嘉幸:“野外観察ハンドブック”,全国農村教育協会,2001.

図1■研究に用いた11種類のクモ

2. クモの糸の構造と観察

クモの糸の基本的な構造と,縦糸と横糸の顕微鏡観察の結果を図2図2■(a)クモの糸の基本構造,(b)縦糸と横糸の顕微鏡写真に示す.本研究では,同一種のクモを5個体ずつ採取し観察した.巣の縦糸と横糸では,構造が異なり,縦糸は中心繊維の周りに1本~数本の螺旋繊維が規則正しく巻き付く構造をもっていた.一方,クモの横糸には螺旋繊維は見られず,1本の中心繊維のみからできていた.

図2■(a)クモの糸の基本構造,(b)縦糸と横糸の顕微鏡写真

縦糸の繊維の本数や螺旋の特徴はクモによって異なっていた.クモの横糸には粘着球と呼ばれる粘着性の液体が付着しており,これで獲物を捕らえている.巣の形が不規則な住居を造るクモは,縦糸と横糸の区別が見られず,粘着球も見られない.クサグモは棚網という独特な巣を作り,縦糸と横糸の区別が困難であった.地上に水平に張る下糸も,「よしず」のように立ち上げる上糸にも粘着球は見られない.ヒラタグモとミヤグモは,住居を構成する糸と,住居から放射状に伸びて獲物の振動を感じ取るための受信糸からなる円盤状住居である.いずれの糸にも粘着球は見られなかった.

3. クモの糸の構造と強度測定

すべての種類のクモの縦糸と横糸をそれぞれ5本ずつ採取し,縦糸と横糸の区別がつかないクモについては,糸を5本採取して強度を測定した.測定は,ケニス株式会社製のサイエンスキューブにフォースセンサを接続し,測定範囲±10 N,レンジ測定範囲-10~+10N,精度±0.00056で行った(図3図3■糸の強度測定方法).フォースセンサの鍵部分にクモの糸をかけてそのまま引っ張り,糸が切れる瞬間の最大値を記録した.