東京動物園協会刋：『インセクタリウム』23巻,N4,96-100(1986)掲載記事に加筆

粉体工学から見たアリジゴク（蟻地獄）

同志社大学名誉教授　　　　三輪茂雄

まえがき
　『名探偵は誰だ』というNHKのクイズ番組に,、昆虫学の専門家と一緒に出演したときのことです。ほんの2-3分出演するだけのことにリハーサル2回,本番と,まる半日はたっぷりかかった。そんな場合,待合室で初対面の方と過ごすのは,共通の話題を見つけるのに苦労するものだ。ところがその日は,アリジゴクの話に花が咲いて,リハーサルそっちのけで話しこんでしまった。

　私は化学工学の一分野に属する粉体工学を専攻しる。それがどうしてアリジゴクと関係があるのか。どこに昆虫学者との接点があるのか,まずその辺から,待合室での会話を思い出しながら以下を書いた。

アリジゴクとの出合い
　私は大学へ着任する以前の十数年間,ある化学工業会杜の工場建設技術者でした。原料や製品を砕いたり(粉砕),粒の大きさをそろえたり(ふるい分けと分級),精製したりする機械や装置の開発と運転,さらにはその工場設計に従事していました。大学を卒業して就職した頃,私がまっ先に命じられた仕事は数千トンものコークスを一時貯蔵する倉庫管理でした。毎日のように貨車で運ばれてきたコークスが,倉庫にコンベアーで入り,山積みにされます。倉庫の床下にはいくつかの抜出口があり,地下室のベルトコンベアーで工場に運び出されます。抜出口の真上には,抜出すにつれて,大きなスリバチ状のへこみができます。大小さまざまの穴は,まるでアリジゴクの巣のようです。大きいのは直径十数メートルもありました。

　私は,子供の頃に縁の下や大木の根っこなどで見かけたアリジゴクの巣を思い出しました。倉庫のコークスは,人の頭ほどの大きな塊から,細かいのは小麦粉よりも細かく,風で吹きとぶような粉まで含まれていますが,この倉庫のように大規模になると,大きた塊も細かい粉も同じようた性質を示します。粉体工学では,粉を構成する粒子の寸法に関係なく"粉(粉体、または粉粒体)"と呼びますが,それは大規模な取扱いを考えるうえでは相対寸法だけが問題になるからです。.現代のハイテクノロジーでは特に超精密加工を:考えますので,粒子は1/1OOOミリをさらに3桁も下まわるナノ微粒子を扱うようになってきました。
　ところで,私が粉の倉庫番をつとめていた頃のこと。近くにあった長野県の大町工場で,身の毛もよだつような事故が発生しました。私と同じような仕事をしていた方が,研究熱心のあまり,コークスの山の上を歩いていたところ,あやまってスリバチ状の穴に落ちこんでしまったのです。助けようと手をのばした方も落ちこんでしまいました。倉庫の中には他に誰もいなかったので,床下のコンベアーは動きつづけました。翌朝地下のコンベアーを監視に来た人が,人の足が抜出口にのぞいているのを見て大騒ぎになり,とにかく窒息しないように酸素を吹き込むなどしましたが,時すでにおそく,2人の尊い人命が失われました。真っ暗い倉庫の中で,じわじわと粉の中にひきこまれながら,巨大な粉の圧力の下で死んでいった方の思いはどんなだったろうか。アリジゴクは人間の地獄でもあったのです。

　テレビで名演技したアリジゴク

　私のアリジゴクヘの関心は,こんな強烈な思い出に支えられています。アリジゴクの巣は小さいけれど,小さなアリにとってはやっばり地獄なのですね。同志社大学へ赴任してからのこと。学生諸君にコークス倉庫の事故の話をしますと,ある学生がアリジゴクに興味をもって京都市内をまわりました。そして「京都のアリジゴクはみな同志社マークをつけている」といいます。「京大裏の吉田山も三つ葉のクローバーだ」と得意になっていました。

　九州から来ている学生が郷里でつかまえてきたアリジゴクは毛ムクジャラでした。「あー熊襲だ。京都のは都人らしく美人なのかな」などと楽しみました。馬場金太郎さんという方が研究していると聞き手紙しましたら1冊の本を送っていただきました。日本にはたくさんの種類がいることが確かめられていました（文献1,2}。これはそのどれかにあたるのでしょうが,私はくわしいことは知りません。
　1985年のことですが,テレビ朝日の「美女紀行」という番組で,青森県下北半島の猿ヶ森砂丘に行く機会がありました。女優の金沢碧さん同行の楽しい取材旅行でした。金沢さんと車で同席して粉の話から「美人粉というものがあり、私はそれを造って東京の特別な美容院へ出しています。」といったら、「私にもちょうだい」と言われて郵送したものです。ここは防衛庁の射撃試験場になっているため,あまり人が入らないところです。防衛庁の方の案内で場内に入り放牧場との境の柵付近の砂丘地帯は,アリジゴクの楽天地になっていました。2匹つかまえて大学の実験室で飼っていましたところ,　NHKの番組でアリを捕える瞬間を撮影することになりました。NHK派遣の専用車で静かに護送し,巣がこわれないよう注意したのですが、さすが,いざ出演となると照明におどろいてアリジゴクがもぐってしまって失敗でした。この経験を生かして,次のフジテレビでは,自然光のまま撮影しました。アリを入れてやるとパッと土を投げかけましたが,アリは陣地(巣穴)の外へ逃げてしまいました。ところが何と思ったのか,アリはもういちど陣地の方へもどって,穴の中をのぞきこみました。こわいもの見たさとでもいうのでしょうか。陣地の縁に来た時足をちょっと辷らせて小さな土くれを落しました。そのときです。アリジゴクは,ぐっと頭を出して,砂のツブテをパッとアリめがけて投げかけました。見事,命中し,アリは陣地の中へひきずり込まれてしまいました。

　アリジゴクは,陣地の底から陣地のまわりを四六時中監視していて,アリを視覚的に発見したのか,それともアリが巣の上縁から粒を落したのでアリジゴクにわかったのか,正確には確認できませんでした。とにかくこの瞬間をテレビはバッチリとらえたので拍手かっさいでした。このときはワイングラスに,赤イソクで染めた石英砂を入れてアリジゴクを飼育していました。アリジゴクの襲撃に遭ったアリが,防衛用に毒(蟻酸でしょうか)をふりまくさまも、赤インクからよくわかりました。

軒下に作った巣

アリジゴクのハサミはふるい（篩網）

　この粒ぞろいにする秘密は彼の頭にある大きなハサミ(大腮)です。このハサミを閉じた状態で土の中に差しこみ,ゆらゆら左右に2-3度振ってから,勢いよくはねあげます。そのとき,このハサミは"ふるい網"の作用をしていると私は思います(上図)。ハサミより小さい粒は下に落ち,大きい粒だけが陣地の外へ放り出されます。自分の体の何倍もある土の塊でも,陣地の外へ放り出すのですから,彼らは何という力もちでしょう。鋏（はさみ）は土木用のパワーショベルに似ていますがパワーショベルは,その大きさにくらべて,はるかに小さい物しか動かせません。力のバランスはどうなっているのか,もう少し調べてみたいものです。人間はふるい網をつかいますが,網の目に粒子がつきささると,取るのに苦労します。網の目詰りは,現代のふるい分け機械でも最も厄介な課題ですが,アリジゴクは網目を開閉自在にするというノンブラインディング･スクリーソ(目詰りしないふるい）で解決しています。

　現代ふるい機械の夢がここにあります。もうひとつすばらしいことがあります。もし鋏の一部が欠けたとしても再生するそうです（文献1〕。再生するふるい網なんて,ハイテクノロジーにとっても,それこそ夢の夢ですね。とにかく彼の作業は精力的で,仕上りも上々,私の学位論文は「ふるい分けに関する研究」ですが,彼の仕事ぶりを見て降参しました。時間のたつのも忘れて見とれていた私は,陣地が完成したとき,思わず拍手していました。

風力分級の原理

　本誌1985年5-6月号にアリジゴクについて書かれた2〕,京都教育大学の松良俊明先生から,米国の文献をいただきました（文献3）。それは,アリジゴクが粒ぞろいにするのは,はねあげた粒子が空気中を飛ぶときに,空気の抵抗によって粒が選別されることを理論と実験によって説明した興味深い論文でした。その理論は,粒子を水平にたいして或る角度,たとえば45°斜上方に投げた場合どこまで飛ぶかという計算にもとづいています。空気抵抗の影響で同じ初速度で投げても,大きい粒子は遠くへとぶが,小さい粒矛は近くに落ちる(くわしくいいますと,空気の抵抗は層流域･乱流域でちがいますが,この論文は中間域をとっています。これは工業では風力分級の理論ですが、工業界では実用されていません。参考に引用されている一つの文献の著書のBirdさんは,以前,京都にこられて私の研究室も訪ねられた化学工学の専門家です)。実験により,アリジゴクが投げるときの初速度は秒速1mぐらいだろうということも確かめてありました。アリジゴクは「ふるい分け」と「風力分級」の二つの技術をもっているというわけです。たいへん面白い実験で私も少しやってみたくなりました。

斜面制御機構（Ant-lion's mandibles as tool for controlling the pit slope)
　さて,中央部にもぐり込んだアリジゴクは,ふたたび鋏ではねあげて,斜面の角度を微調整したのち,鋏をぐっとひろげて静止します。待機の姿勢です。このときよく観察すると鋏の外側で傾面の下端を確実に支えています。彼は左右7個ずつ,合計14個の単眼で,たぶん魚眼レンズのようにして,斜面の全方位を監視しながら獲物が陣地に入りこむのを待ちかまえます。そういう視覚的監視のほかに,彼はこの鋏にかかる斜面の圧力変化も感じとっていると私は思っています。つまり鋏は,斜面を力学的に制御する圧力セソサーであり,斜面に獲物が入れば鋏を閉じたり開いたりして,斜面の安定を崩して獲物を底に引きこむわけです。自然に落ち込むのを待っているだけではないのです。このお利口さにはただ感嘆するばかりでした。

砂時計

24時間計

写真2は,私がその頃夢中になっていた大きな砂時計です(24時間計,いわき市勿来海岸の砂を使用)。この上部球の砂にできるくぼみは,鋏の穴そっくりです。（前述の松良先生が私の研究室を訪ねてこられたとき、たまたまこの24時間計の実験中でしたが、先生はこの穴を見ておおいに驚かれ、「エッこれアリジゴク？」と大声を出されたのはさすが専門家と感激したものです。下部球には砂が山のように堆積します。上部球にできる斜面の角度を流出安息角,下部球にできる山の斜面の角度を堆積安息角といい,(水平に対してなす角を測定するとして)一般に流出安息角の方が堆積安息角より小さいものです。"安息角"は英語のangle　of　reposeの直訳ですが,斜面上の粒子が,粒子同士の静止摩擦によってひとときの安息を得ているという意味で,おもしろい表現ですね。アリジゴクの穴に獲物が入ると,粒子の一部が撹拌されて静止摩擦が動摩擦に変化し,斜面が崩壊するわけです。このときの斜面の角度(崩壊斜面)を表面流動角といい,下図のような装置で測定できます。

安息角は空気の湿度により敏感に変化します。湿度が高いほど大きい角度になります。しかし,きわめて低湿度になっても,静電気が発生して,大きい角度になることがあります。アリジゴクは乾いた条件下に棲んでいますから,静電気も知っていることでしょう。砂,ことに石英砂は静電気が発生しやすいのですが,海浜の砂は,塩分のために静電気の発生が少なくなっています。石英砂を水で充分洗いますと,摩擦係数が異常に高くなり,踏むとクックッと快い音を発する"鳴き砂(ミュージカルサンド)"になります。アリジゴクは,どんなことを知っているのでしょうか。興味あるところです。

粒度偏析のこと

　粗い砂と細かい砂の混合物が斜面を流れるときには,粗い砂粒の隙間がふるいの作用をして,細かい砂が流れの底部に沈みます。これを粒度偏析現象(セグリゲーショソ)といいます（文献4)。アリジゴクの巣の中央部にはいつも粗い粒子が落ちこみますから,これをときどきはねあげることを続けていれば,巣の斜面の下層には細かい粒子が集まって,比較的安定した層が形成されます。その表面に比較的粗い砂が堆積して,流れやすい状態ができていると思われます。くわしく調べてみたら面白いでしょう。

アリジゴクの繭（まゆ）

　ところで,蛹（さなぎ）になるときにつくる繭は,砂や土の丸薬状の固まり(造粒物)をつなぎ合せてあります。直径1cmぐらいの中空の球体ですが,これは力学的強度が十分つよい工夫であるとともに,粒度偏析の問題もからんでいます。もし土砂崩れがあっても,土砂の中深く埋没しないはずです。

アリジゴクは粉体工学の専門家

アリジゴクのうんち（文献2）

もうひとつアリジゴクの不思議があります。本誌1985年6月号に,松良先生がうんちの上のような写真を示しておられます。腸の先端がゆきどまりになっていて,排泄物は溜りほうだいの完全便秘です。成虫にたって巣をはい出したとき,はじめて幼虫時代に溜った宿便をワッとやるわけで,それはさぞ爽快なことだろうと思います。しかし,乾燥しきったうんちはとても押し出すわけにはゆかないはずです。そんなもの凄い圧力などかけずに,腸管もろとも分離するのだそうです。これは松良先生の話です。
参考文献1)

1.）馬場金太郎著「蟻地獄の生物誌」(昭和28年)

2)　松良俊明;『イソセクタリウム』22［5］120［6］156(1985)

3)　Lucas,J.R.:Anim.Behav･･30･651(1982)

4)　三輪茂雄著「粉体工学通論」(日刊工業新聞社)1971