蚊はなぜ雨に打たれても死なないのか？

蚊にとって雨粒は自分の体と比べて最大で50倍も大きな物体であり、雨に打たれることは、人間であれば大型バスにはね飛ばされるほどの衝撃に相当します。ではなぜ、「バスが次々と降ってくる」状況下でも蚊は死ぬことがないのかについて、アメリカの研究者が実験で明らかにしています。

Mosquitoes survive raindrop collisions by virtue of their low mass
http://www.pnas.org/content/109/25/9822.abstract

Raindrops Keep Falling on My Head: A Mosquito’s Lament – Phenomena: Curiously Krulwich
http://phenomena.nationalgeographic.com/2015/06/24/raindrops-keep-falling-on-my-head-a-mosquitos-lament/

蚊が雨の中を飛行する場合、25秒に1回の割合で雨粒にぶつかる可能性があります。自分の体積の50倍もの雨粒が秒速9メートル(時速32.4キロメートル)でぶつかるという状況は、人間が大型バスにはね飛ばされることに相当するため、その中に身を置けば数分ともたずに死んでしまうのが当たり前の危険が雨にはあるというわけです。

「なぜ雨の中でも蚊が死なないのか？」という素朴な疑問に対して、アメリカのジョージア工科大学のデビッド・フー教授らの研究チームは、毎秒4000～6000フレームで撮影できるハイスピードカメラを使って、雨を再現した中での蚊の振る舞いについて観察することで、蚊が生き延びるメカニズムについて調査しました。

フー博士の研究成果は以下のムービーでまとめられています。

Mosquitoes also can fly in the rain - YouTube

なぜ蚊は雨の中で飛べるのか？

蚊にとって雨粒は巨大で猛スピードの危険な存在です。

しかし、昆虫は羽に細かな毛があり、水をはじく性質(疎水性)の体を持っています。

このため水が直撃してもまとわりつくことなくはじかれます。

低速度の水滴なら……

水滴は、単にはじき飛ばされます。

雨の中では2つのタイプの衝突があります。

一つは水滴が当たるときに昆虫が回転するタイプの衝突。

もう一つは、昆虫を下方向に落下させるタイプの衝突。

いずれのタイプの衝突にもかかわらず、蚊は素早く体勢を取り戻して飛行を続けることが可能です。

狭い空間に蚊を閉じ込めて水滴を落として雨の中を再現。その様子をハイスピードカメラで撮影してみました。

疑問は、空中での衝突の衝撃はどうなっているのか？

鳥の羽の場合……

雨粒は衝撃で飛散してしまいます。

しかし、体重の軽い蚊の場合、衝撃によって運動量はほとんど伝わりません。

蚊の衝撃を再現するために、非常に軽量なスタイロフォームを蚊に見立てて水滴をぶつける実験を行うと……

運動量の変化が小さいため、水滴は飛散することはありませんでした。

これは衝突時の速度変化を計算する簡単なモデル。水滴の質量(m1)に対して蚊の質量(m2)があまりにも小さいときは、衝突後、一体になっている状態での速度変化は無視できるほどのレベルになるはず。

あまりにも軽い物体には接触しているときに大きな力は伝わらず、水滴が変形することもありません。

そして、蚊を含む昆虫は外骨格を持っているので水滴の衝突によっても体が変形せずに数十ミリ秒という短い時間で水滴から逃れています。

大きな運動量の変化を受けずに短い時間で水滴をやりすごすことで、蚊は雨の中でも飛べるというわけです。