研究の動機

　カブトムシの大きさは中型が多く、小型や大型が少ない。中型が多いのは自然界では珍しくないようだが、なぜ同じ種類の生物はすべて同じ大きさにならないのか。生物の進化とどう関係しているのか。本やインターネットで調べる限り先行研究がなかったため、自分で研究することにした。小学校で習ったことを駆使し、習っていないことは本などを読んで積極的に勉強し、カブトムシの能力を調べる測定器具などは、工夫して作ってみた。
　2019年の研究で、えさ場をめぐる争いや天敵に捕食されにくい点で、総合的に中型のカブトムシが有利という結論が出た。2020年の研究では、「生命活動でも大きさの違いによる有利不利があるのか」を確かめたい。

カブトムシの能力予想

身体測定結果から能力を予想

　電子ノギスや電子天秤を使い、オスとメス成虫の身体測定を行った。小型、中型、大型それぞれ、ほぼ同じ体重の個体3匹の平均で測定結果を求め、記録した。その測定結果から、いくつかの予想が生まれた。
　おもな予想は、次のとおりだ。

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翼面荷重は小さいほうが飛翔に有利。

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断面積が大きいほど空気抵抗も大きく、飛行が苦手。

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脚が長いほど（しがみつく）力が強い。

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裏返しの状態から元に戻りやすいかどうか、反り率が影響する。

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体積のわりに表面積が大きいと、体から熱が奪われやすくなる。また、含水量が多いほうが外気の温度変化の影響を受けにくい。体温を上げるためにエネルギーになるえさを、時間をかけて多く食べなければならない。

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頭角が長いほうが、成虫時代の生存競争が有利。

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体の大きさは交接器の長さに影響しない。小さい個体が子孫を残すため、頭角でなく交接器に投資する。

予想と関連するカブトムシの身体測定結果

　この予想を裏付けるための実験を行った。

予想の検証実験

　予想を裏付けるための実験のいくつかを、ここに紹介してみる。

体の大きさと飛ぶ能力の関係を調べる実験

　空気抵抗や揚力を調べるために、風の向き、速さ、量を一定にできる風洞の装置を作った。
　風洞の観測胴にレールを敷き、レールに軽い台車を置く。台車に大きさの違うオスとメスの成虫標本（翅を広げた状態のもの）を載せ、条件をそろえて秒速5mの風を当てると台車がどれだけ動くのかで、空気抵抗を比較した。すると、体が大きくなるにつれ、空気抵抗は大きくなった。メスよりオスのほうが空気抵抗が大きくなった。成虫標本のお尻のほうを風に向けると、空気抵抗が大きくなった。
　揚力の実験は、次のように行った。風洞の観測胴に小型の電子天秤を置き、天秤の上に木の板を張った。板に細い針を使って後翅を広げた成虫標本を固定する。この状態で電子天秤の目盛りを0にし、条件をそろえて風を送った時に、天秤の目盛りがどれだけマイナスになるかを比較した。すると、大型のオスは小型のオスの約4倍の体重があるが、揚力は小型の1.4倍にしかならなかった。風速が上がると揚力も上がるが、秒速5mの風だと大型のオスは、体重が重すぎて後翅を広げただけでは飛べない。羽ばたきで補っていると考えられる。小型は同じ条件で、翅を広げただけで飛べることがわかった。

体の大きさとしがみつく力を測定する実験

　力を測定する天秤の装置を作った。天秤の片方に成虫を固定するワイヤーを付け、もう片方に重りを載せる皿を付ける。ワイヤーで天秤に固定した成虫を、天秤脇に置いたコナラの木材にしがみつかせ、天秤の重りを重くしていく。コナラの木材を垂直に置いた場合、水平に置いた場合の両方で記録を取ってみた。
　条件をそろえて何gまでしがみついていられるかを比較したところ、体長と比率に見合う結果は出ず、体長より体積、さらに脚の長さのほうが目安になった。脚が短いメスのほうが力が弱く、水平より垂直方向にしがみつく力がやや強かった。
　さまざまな実験結果をまとめた表が、次のとおりだ。

　結果から、中型がバランスよく有利なので、自然界では圧倒的に中型が多くなると考察できる。環境が変化しても絶滅することがないように、中型の親から大型や小型の子供も生まれるのではないかと考えた。

発展研究など

　今回は2016年から5年をかけて、親から子へ伝わる「大きさを決定する情報はあるのか」の検証も行った。小型、中型、大型のどの親からも中型の子供が最も多く誕生していることから、親から受け継ぐ大きさに関する情報は複数あると考えた。1種類だけなら、小型の親からは小型の子しか生まれないはずだ。さらに、大きさを決める情報が3種類あると仮定すれば、検証結果がうまく説明できる。オスから3種類、メスから3種類、合計6種類の情報から子供の大きさは決まり、生命活動に有利な中型が多くなるという仮説を立てた。今後は遺伝子解析なども行って遺伝子を特定し、仮説を立証したい。
　さらに今回は発展研究として、日本に生息するヤマトカブトムシと、ヤマトカブトムシの亜種9種類の生態を比較したり、ヤマトカブトムシの進化を検証したりした。
　ヤマトカブトムシの強みは幼虫として冬期を耐え、1年で世代交代できること、腐葉土でも成長できることなどだ。争うと角が折れることがある、頭角が目立ち狙われやすい、大型のオスは空気抵抗が大きい、転がった時に起き上がりにくい、クリペウス（突起）で樹皮が削れず採食に時間がかかる、などの弱みもある。1000万年後、温暖化が進んで異常気象となり、人類が他の惑星へ移住するなどの変化が地球に起こったとしたら、ヤマトカブトムシはどう進化しているのか。1000万年後の進化形を想像・創造した。

折れにくく太さを増して木の枝に擬態した角、全体的にも樹皮に対して保護色となり、胴体はより流線型に、脚は長く中胴部はねじりやすく、クリペウスが大きく彫刻刀のように進化した1000万年後のヤマトカブトムシ