ハエトリソウは「大きいほど速く閉じる」~数理モデルにより葉の大きさと曲がり方の関係を発見~

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2026-05-29 秋田県立大学

秋田県立大学の大橋雄二教授、平田美智子大学院生らの研究グループは、食虫植物ハエトリソウの葉が閉じる高速運動を再現する数理モデルを開発し、葉の大きさと曲率(曲がり方)が閉合速度を決定する重要な要因であることを明らかにした。研究ではCTスキャンと三次元再構築技術を用いて葉の形状を詳細に解析し、開いた状態から閉じた状態への変形過程を再現するモデルを構築した。その結果、葉が大きいほど閉合速度が速い傾向が確認された一方、小さい葉は曲率の制約により高速閉合が困難であることが判明した。また、葉のサイズが約6mm未満または21mm超では正常な閉合が起こりにくいことも示された。従来提案されていた膨圧変化や座屈不安定性だけでは説明できなかったサイズ依存性を、葉の幾何学的構造から説明できることを示した点が大きな成果である。本研究は、ハエトリソウの運動メカニズム解明に貢献するだけでなく、生物の構造や機能を模倣するバイオミメティクスや、柔軟構造を活用したソフトロボティクスの新たな設計指針としての応用が期待される。

ハエトリソウは「大きいほど速く閉じる」~数理モデルにより葉の大きさと曲がり方の関係を発見~
図1:閉合運動は葉のサイズにより変化する

<関連情報>

ハエトリソウ葉の閉合運動におけるサイズと曲率の制約条件 Size–curvature constraint in the closing motion of Venus flytrap leaves

Michiko Hirata,Zichen Kang,Hiroki Asakawa,Hiraku Suda ,Masatsugu Toyota,Yuji Ohashi,Satoru Tsugawa
PLOS One  Published: May 26, 2026
DOI:https://doi.org/10.1371/journal.pone.0349246

Abstract

Among carnivorous plants, the Venus flytrap (Dionaea muscipula) is known for its rapid (<1 s) trap closure. Although buckling instability, hydrostatic pressure, and hydroelastic coupling have all been proposed to be involved, the nature of this process and the relationship between trap size and curvature remain elusive. Here, we monitored the closure of Venus flytraps and performed microCT scanning and 3D reconstruction, revealing that increasing angular velocity was correlated with higher values of a non-dimensional shape index. Based on these experimental data, we constructed a geometric model of the trap that takes leaf orientation into account. We found that leaf curvature is dependent on leaf size, a relationship we denote as a sizecurvature constraint. We further propose a curvature design derived from differential deformations of a two-layer model of the leaf, which could be a powerful tool to control the curvatures of soft and bending surface structures in the field of biomimetics.

生物工学一般
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