研究者たちは、ヨコバイ（Cicadellidae）と呼ばれる小さな吸汁昆虫が分泌するブロコソームと呼ばれる複雑な構造の微細な顆粒が、次世代のカモフラージュデザインに役立つ可能性があることを発見しました。これらのブロコソームは長い間科学者たちを悩ませてきたものですが、最近の研究により、そのサイズと形状が光の反射を減少させるために最適化されていることが明らかにされました。これは、ヨコバイが捕食者から身を隠すのに役立っている可能性があります。
この発見は、「Geometric Design of Antireflective Leafhopper Brochosomse（反射防止ヨコバイブロコソームの幾何学的デザイン）」というタイトルのオープンアクセス論文に掲載されました。
この研究は、2024年3月18日にPNAS誌で公開されました。
ヨコバイは、大きな後脚を持ち、遠くまで跳ねることができます。1950年代に研究者が発見したとき、これらの昆虫はハニカム状の穴がある中空の球状物質であるブロコソームで自身をコーティングしていることがわかりました。ヨコバイの幼虫と成虫はブロコソームを分泌し、数時間ごとにこれを均一なコーティングとして整えます。したがって、これらが何らかの目的を持っていると考えられますが、その具体的な機能については議論がありました。研究者たちは、これが微生物や乾燥に対する抵抗、フェロモンの運搬、液体の撥水、反射防止特性などに役立つかもしれないと提案しています。
タックシング・ウォン博士（Tak-Sing Wong, PhD）とその同僚たちは、ヨコバイの体サイズは変化するものの（3～9 mm）、ブロコソームのサイズは種を越えて非常に一定であり、常に直径300～700 nmの範囲で、穴のサイズは100～280 nmであることに気づきました。その特異な形状とサイズが機能に関連していると推測したチームは、合成ブロコソームを作成し、その光反射特性を研究しました。ブロコソームは、知られている中でも最も複雑なナノスケールの自然構造の一つであり、それを再現することは技術的な大きな挑戦でした。二光子重合3Dプリンティングを用いて形状を正確に模倣することに成功しましたが、3Dプリンティング技術の限界により、サイズを20マイクロメートルまで拡大し、透過孔の直径は約5マイクロメートルになりました。
チームは、紫外線（UV）と可視光との関係を模倣するようにスケールアップした近赤外線（near-IR）と中赤外線（mid-IR）の範囲の光を使用して、ブロコソームの光学特性をテストしました。その結果、ブロコソームは光の反射を最大94％まで減少させることが判明しました。ブロコソームの直径に近い波長の光はミー散乱を介して散乱され、透過孔の直径に近い波長の光はキャビティ吸収効果によって吸収されました。
自然なブロコソームが同じ効果を持つかどうかを確認するために、ブロコソームでコーティングされた翅とそうでない翅をテストしました。ブロコソームでコーティングされた翅は、紫外線の反射を最大86％、可視光の反射を最大68％減少させました。
ヨコバイの天敵である鳥や爬虫類はUV光と可視光の両方を見ることができます。ヨコバイは吸汁性昆虫で、主に光吸収性の色素を含む植物に見られるため、反射防止コーティングがあることは、それらが発見されにくくなるのに寄与します。
ヨコバイの翅にあるナノダストが光を吸収し散乱するという理解は、さまざまな設計問題の解決に役立つかもしれません。ウォン博士は、「私たちの合成ブロコソームは、光を操作するための高度にエンジニアリングされた構造を提供し、反射防止コーティング、カモフラージュ材料、UV吸収剤、特定の波長の光を使用した情報暗号化材料など、幅広い応用が可能です」と述べています。
画像：ブロコソーム
by Science Writer Kim Woolcock
