研究要旨

　ハナアブ類は高度な飛翔能力を持つ双翅類昆虫のグループである。ハナアブは英名で Hoverfly と呼ばれるように，高度な飛翔技術を必要とするホバリングが際だって巧みである。「前進→ホバリング→前進…」といったモーションを瞬時に切り替えることができる，他の有翅昆虫や鳥類には真似のできない技巧派昆虫といえる。ハナアブ独特のホバリングについては，従来いくつかの報告例があるものの，飛翔様式やモーションそのものに重点が置かれ，形態学に基づいて関連器官や構造がどのように作用し，巧みな飛翔を可能にするのかに関し，明確に示された報告例はない。本研究では，ハナアブの翅にある構造と機能を解剖学的に追求し，それが飛翔（ホバリング）にどのような効果をもたらすか調べた。また，独自のホバリング解析装置を設計・作成し，飛翔メカニズムを明らかにした。一連の試験研究の結果，現在までに次のような発見や成果が得られた。本研究をさらに深化させることで，「2 枚羽根人工飛行体」の飛行技術を革新するような副次的効果も期待される。

① ハチなどの翅は全体が平面である一方，ハナアブの翅には翅基片（calypter or alula）が発達し，この構造が高度な飛翔能力を生む。
② 翅基片は翅本体とは第 3 翅底を通じて別の筋肉で独立した動きができる第二の翅に準えうる。
③ ハナアブは「主翅のはばたき角 15°／翅基片角 65°」の条件下でホバリングする。
④ 微小な翅基片を巧みに操作し，さまざまな飛翔方法を瞬時に切り替えている。

なお，本研究は，第 19 回高校生科学技術チャレンジ（JSEC 2021：朝日新聞社主催，令和 3 年 12 月）において文部科学大臣賞を受賞し，Intel-ISEF (Intel International Science & Engineering Fair, May 2021, Atlanta, USA)にも進出した（オンライン参加）。さらに第 46 回全国高等学校総合文化祭（とうきょう総文 2022）生物部門の最優秀賞に選ばれた。お世話になった多くのかたがたには，関係者一同，改めて御礼申しあげたい。

筆者

石橋 侑葉・古堅 乃唯・長嶋 哲也・田中 清・安永 智秀・Serrien Serrano Leon

Title

Fantastic role of a tiny ’second wing’, or calypter, in facilitating highly complex flying patterns of hoverflies (Insecta: Diptera: Syrphidae)

Abstract

Hoverflies, or droneflies (Diptera: Syrphidae) are widely considered to be the most agile and swiftest fliers among the modern winged insects. As implied by their name, hoverflies can hover as well as perform rapid and highly precise movements in flight. Although previous studies have investigated hovering behavior in dipterans, the detailed mechanisms of hovering in this order have yet to be clarified in detail.
Using a unique ‘hovering-model’ that we designed and developed, we demonstrated that a particular morphological structure, namely the calypter (or alura), enables hoverflies to perform swift hovering movements. The following novel findings are reported here: 1) the majority of winged insects (e.g., bees, wasps, dragonflies) generally have smooth, flat forewings, whereas a small additional lobe-like structure(calypter) is present at the base of the main hoverfly wing; 2) the calypter is connected directly to its ownmuscle via the third axillary, which enables it to move independently; 3) the hoverfly hovers when the main wing flaps at an angle of 15° and the calypter flaps at an angle of 65°; and 4) the hoverfly skillfully controls the calypter and can swiftly engage in a variety of flight maneuvers. The present discovery may contribute to further development of ‘dual-winged aircraft’.

Author

Yukiha Ishibashi, Noe Furugen, Tetsuya Nagashima, Kiyoshi Tanaka, Tomohide Yasunaga, Serrien Serrano Leon