ハチの巣の秘密を結晶学で解き明かす
これまでいろいろなタイプの結晶を紹介してきましたが、今回はハチの巣についての研究を紹介したいと思います。
結晶とハチの巣って関係あるの？って思われるでしょう。
一般的に中高生が習う結晶というのは原子や分子が規則正しく並んだもののことを言いますが、そのサイズ感は必ずしも小さな世界でなくても良くて、広義にとらえると同じ形のものが規則正しく並んでいればそれは結晶と言えます。
ハチの巣を見るとわかるように六角形の部屋が規則正しく並んでいますよね。
これは大きな結晶と見ることができるんです。
今回はそんなハチの巣に隠された秘密を結晶学的に解き明かそうという研究を紹介します。
面白い実験デザイン
ハチの巣はきれいな六角形の部屋が見られますが、よく見ると時々六角形ではなくてつぶれた五角形や七角形の部屋が見つかることがあります。
これはハチの巣にとって不規則な場所と言え、結晶学的な言い方をすると欠陥と呼ばれます。
研究グループの注目しているのはハチの巣の中でもこの欠陥に当たるところです。なぜこの欠陥ができるのか？どうやって形成されていくのか？という点にフォーカスを当てて研究を進めています。
まずはじめに、ハチに巣を作ってもらう実験をしました。それも適当に作ってもらうのではなくてある程度人間側で条件を設定しています。
研究グループは3Dプリンターで作製した人工ハチの巣を2つ用意して、隙間を空けてハチに渡しました。するとハチはその隙間を埋めるように間に部屋を作ります。ここで面白い点が隙間の形をあらかじめデザインしてやるのです。
図を見るとわかりやすいと思いますが、ハチに渡す前に人工ハチの巣を少し傾けたり、距離を話したりしています。きれいに並んでいれば、ハチも当然きれいに部屋を作ってくれますが、初めから傾いていたり距離がずれていたりするとどうにもきれいには部屋を作れません。
そこで生まれるのが五角形や七角形の部屋です。そうです、研究グループは自分たちの研究したいハチの巣の欠陥を作り出すためにあえて、隙間をずらして人工ハチの巣を与えていたのです。
こうして生まれる構造のずれたハチの巣の欠陥を観察し、同時にシミュレーションを駆使ししてその安定性などを評価していきました。
それにしても、この研究のデザイン力は本当に感心しますね。どうしたらこんなことが思いつくのか？思いついたとしてもなかなか実現できないところをきちんと実現してしまうところが素晴らしいです。
ハチの巣欠陥
それでは実際にハチによって作られたハチの巣欠陥を見ていきましょう。
まずはじめにちょうど部屋2つ分の距離の位置に傾けずに人工ハチの巣を置いた場合（一番左の図）、実験結果もシミュレーション結果も同じくきれいな六角形の部屋が並んでいます。これは結晶でいうと欠陥のない完全性の高い結晶です。
一方、人工ハチの巣を7.5°だけ傾けて配置してやると、一部に五角形と七角形の部屋が見られます。その周りの六角形の部屋も少し潰れている様子ですね。これも実験とシミュレーションの結果が似通っているといえるでしょう。
続いて、人工ハチの巣を15°傾けて配置した場合、実験結果とシミュレーション結果に違いがみられていますが、何となく傾向は似ていると言えますね。そして傾きが大きくなると、赤青の色がついた五角形と七角形の部屋の数が増えている様子もわかります。
さらに傾きを大きくして22.5°, 30°になると欠陥となる五角形と七角形の部屋がつながっていく様子が見て取れます。これは人工ハチの巣間の傾きが大きくなると欠陥の数（密度）が大きくなることを意味しています。
この欠陥となる六角形ではない部屋は他の部屋よりもサイズが大きく、現実では特別な部屋として使われているようです。それは女王バチと交尾をするドローン雄バチの部屋だそうです。
最後に
今回は主にハチの巣の形成状態について紹介しましたが、この研究のすごいところはこの状況をシミュレートとも照らして合わせて考えているところです。
計算内容を詳細に書くとわかりにくくなってしまうので割愛しましたが、たまにしか見かけないレナード・ジョーンズポテンシャルを使っていたりと、へぇ～と思う計算過程が載っています。
興味がある方は無料で読めるオープンアクセスの記事なので是非一度ご覧ください。
参考文献
Redox signaling by glutathione peroxidase 2 links vascular modulation
興味があるかも
この記事が参加している募集
この記事が気に入ったらサポートをしてみませんか？