こうえんで、たねが 風に のって とんで いくのを みた ことは ありますか。タンポポは わた毛で ふわり。カエデは くるくる まわりながら おちて きます。

どちらも 風で たねを はこびますが、すがたは ちがいます。

けんきゅうする 人たちは、とび方を 大きく ふたつに わけます。はねを もつ たねと、毛を もつ たねです。はねの たねは、風を うけて うく ちからを つかいます。毛の たねは、毛で 風を うけて、ゆっくり おちます。

2021ねんの ろんぶんでは、もっと こまかく 4つに わけました。パラシュート、グライダー、ヘリコプター、ひらひら まう かたです。

では、まず ヘリコプターの かたから みましょう。カエデの たねは、どうして まわると いいのでしょう。

公園で、タンポポの綿毛がふわりと流れていく様子と、カエデの種がくるくる回りながら落ちてくる様子を、見たことはありませんか。どちらも風に運ばれる種なのに、姿は大きくちがいます。

研究者は、風で飛ぶ種を、付属物のちがいで大きく二つに分けています。翼をもつ「翼型」は、空気の流れが翼に生む揚力で飛びます。毛をもつ「毛型」は、毛が空気から受ける抵抗（抗力）で、ゆっくり落ちます。カエデの種は翼型の例です［1］。

2021年のNature誌の論文は、風で運ばれる種をもう少し細かく4つに整理しました。パラシュート型（セイヨウタンポポ）、グライダー型（ハネフクベ）、ヘリコプター型（カエデの仲間）、そして、ひらひら舞うフラッタラー型（スピナー型。キリ、ニワウルシ）です［8］。

この記事は、この4つの順に追っていきます。まずはヘリコプター型です。くるくる回ることには、どんな得があるのでしょうか。

風で運ばれる種は、付属物の種類（翼か冠毛か）で、あるいは同じことだが飛行の仕組み（揚力に頼るか、抗力に頼るか）で、大きく二つに分けられる。カエデのような翼果は翼型の例である［1］。

Nature Asiaの研究ハイライトは、2021年のNature誌の研究を、パラシュート型（セイヨウタンポポ）、グライダー型（ハネフクベ）、ヘリコプター型（カエデ類）、フラッタラー型（スピナー型。キリ、ニワウルシ）の4型に整理して紹介し、種から飛行デバイスが設計されたと伝える［8］。

では、型ごとに飛行の中身はどう違うのか。最初に取り上げるのは、日本でもなじみ深いカエデの翼果（よくか）である。回転することは、落下にとって何を意味するのか。

カエデの たねは、はねが ひとつだけ ついて います。おちる とき、この はねを まわしながら おちます。

2009ねんの けんきゅうで、カエデと シデの たねは、はねの まえの ふちの 上に、小さな うずを つくって いると わかりました。この うずが、たねを うかせる ちからを 大きくして いるのです。

ほんものの カエデの たね160こを はかった けんきゅうも あります。おちる はやさは、1びょうに 83センチほどでした。1びょうに 3かいてん ほど まわります。

この 160この けんきゅうでは、おもさが 2ばいいじょう かわっても、おちる はやさの へんかは 15パーセントより 小さく ですみました。しめって おもく なっても、はねが きずついても、おちる はやさは あまり かわらないのです。

では、ふわふわの 毛を もつ たねは、どうでしょう。

カエデの種（翼果）は、種の片側に翼が一つだけついています。落ちるときは、この翼を回しながら落ちます。

2009年にScience誌で報告された研究は、カエデの仲間とシデの種が、回りながら落ちるときに翼の前のふちの上に安定した渦（前縁渦）をつくり、高い揚力を得ていると述べました［2］。この渦のおかげで、種を支える力が大きくなるのです。この実験では拡大した模型が使われたので、実物の種を直接はかったものではありません。

同じ前縁渦は、ホバリングする昆虫やコウモリでも高い揚力の理由になり、鳥でも関わっていると考えられています。研究の要旨は、動物と植物が似た飛行の工夫に行きついたと述べています。

実物はどうでしょうか。カエデ属の種160個を実測した研究では、落下速度は平均で毎秒約0.83メートル、回転は毎秒約3回でした。つまり、1秒間に約83cm落ちる間に、翼は約3周しています。

この160個の研究は、種の質量が100%以上変わっても、落下速度の変化は15%未満だったと報告しています。湿ったり傷ついたりして重くなっても、落ちる速さはあまり変わらないということです［4］。

回って揚力を得るカエデに対して、毛をもつ種は、まったくちがう方法でゆっくり落ちます。

カエデ類とシデの翼果は、自転（オートローテーション）しながら降下する。2009年のScience誌の報告は、拡大模型を使った実験から、この種が翼の前縁の上に安定した前縁渦を生成して高い揚力を得ると結論した［2］。実験は拡大模型で行われたため、実物の種そのものを測ったものではない。大学の紹介記事は「渦によって揚力が、渦のない場合の約2倍になる」と述べるが、これは紹介記事の表現であり、論文の要旨には載っていない［3］。

前縁渦は、ホバリングする昆虫やコウモリで高い揚力の理由になり、鳥でも関わる可能性が示されている。要旨は、動物と植物の飛行が同じ空気力学的な解に収斂したと述べている。

では、実物の種ではどうか。カエデ属（Acer）の種160個の実測では、落下速度は平均0.83±0.08 m/s、回転は平均18.8±4.6 rad/sで、2πで割れば毎秒約3回転である。注目すべきは頑健さで、質量が100%以上変化しても落下速度の変化は15%未満にとどまった［4］。水分や損傷による質量の変化に対して、落下速度が大きく変わらないということである。

翼で回るこの方法とは別に、毛をつけて飛ぶ種もある。

タンポポの わた毛は、小さな たねに ついた たくさんの 毛です。毛の すきまを 風が とおりぬけ、毛の うしろに うずが できて、たねは ゆっくり おちます。

おなじ 大きさの たいらな まるい 板より、4ばい いじょう 風を うけると いう けんきゅうが あります。くわしい ことは、べつの メモに あります。タンポポの わた毛の メモです。

この わた毛は、ぬれると 毛が とじます。すると おちる はやさが 2〜3ばいに なります。かわいた たねより、ぬれた たねの ほうが、風が ふいても 草に のこりやすい、という けっかも あります。あめの 日は、とおくへ とびにくく なると 考えられて います。

アザミの たねも、毛を もって います。毛の さきが えだ分かれして いる、と 小学3年生が しらべました。扇風機せんぷうきの 風を つかった じっけんでは、アザミの ほうが タンポポの 2ばいほど とおくへ とびました。あめの 日も あまり かわりませんでした。これは 小学生の じっけんで、けっか だけを みて いえる ことでは ありません。

さて、はねも 毛も なく、かみひこうきの ように すべる たねも あるそうです。

タンポポの冠毛は、同じ面積の平らな円盤の4倍以上の抗力を生むことが、実験で報告されています。毛のすき間の割合（空隙率）がちょうどよいと、冠毛の後ろに、少し離れた渦の輪ができて安定します［1］。このしくみの詳しい話は、別の記事で紹介しています（タンポポの綿毛が飛ぶ仕組み）。

ここで比べたいのは、雨の日のことです。セイヨウタンポポの冠毛は、湿ると閉じて、抗力が小さくなります。1時間湿らせた種は、落ちる速さが2〜3倍になりました。最大風速9.8 m/sの風を当てても、濡れた種の50%が茎に付いたままでしたが、乾いた種では24%でした［5］。実験条件では、湿った種は親株から離れにくくなりました。

キク科（タンポポ、ノゲシなど）の綿毛は、がくが変形した冠毛です［11］。アザミも同じ仲間で、冠毛の毛先が枝分かれしている、と観察した小学生がいます。

この小学3年生は、タンポポ、ノゲシ、アザミ、チガヤの綿毛を扇風機の風で飛ばしました。この自由研究の扇風機実験では、アザミは種がついた状態で、タンポポのほぼ2倍の距離（25回の合計で3383cmと1717cm）を飛び、雨の日の落下時間も、晴れの日とあまり変わりませんでした［10］。これは学校の自由研究の結果で、アザミの飛び方の結論とまではいえません。ただ、毛の形のちがいが、飛び方のちがいにつながっている可能性を考えるヒントにはなります。

では、翼でも毛でもなく、紙飛行機のように滑る種は、どこまで飛べるのでしょうか。

タンポポ（パラシュート型）の冠毛は、同面積の中実な円盤の4倍以上の抗力を生み、空隙率が冠毛の背後の分離渦輪を安定させる［1］。詳細は別記事にある（タンポポの綿毛が飛ぶ仕組み）。ここでは、乾湿による差に絞る。

セイヨウタンポポの冠毛は、湿ると閉じて抗力係数が下がり、落下速度が大きくなる。1時間湿らせた条件では落下が2〜3倍速くなり、最大風速9.8 m/sの風を当てても、濡れた種の50%が茎に付いたままだったのに対し、乾いた種は24%だった［5］。つまり、湿った条件では冠毛の形が変わって落下が速くなり、実験では親株から離れにくくなった。ただし2〜3倍は、この種で、この湿らせ方の条件での値である。

キク科の冠毛はがくが変形したものである［11］。アザミの冠毛は、小学3年生の観察では毛先が枝分かれしている。同じ学校の自由研究の扇風機実験では、タンポポ、ノゲシ、アザミ、チガヤの綿毛を飛ばし、アザミが種付きでタンポポのほぼ2倍の距離を飛んだ（25回合計3383cm対1717cm）。雨の日の結果も、晴れの日とあまり差がなかった［10］。学校の学習実験であり、アザミの飛行機構を示す学術的な結論ではないので、毛の形と飛び方の関係を考える入口として読むのがよい。

毛型は、抗力を大きくして落ちる速さを抑える。これに対して、翼で滑って進む種もある。

ハネフクベは、マレーシアなどに はえる つるの くさです。ねったいの もりの 高い ところで 花を さかせ、たねを とばします。

この たねは、ほとんど まわりません。かみひこうきの ように、すーっと すべります。たてに ついた うしろの つばさも、人の そうじゅうも なしで、まっすぐ とべる のです。

風や のぼる 空気が なくても、多い ときは 数百メートル とぶと いわれます。ただし、これは いちばん とおい とき の めやすで、いつも この とおりでは ありません。

おちる はやさは、タンポポの ような 毛の たねと おなじ くらい ゆっくり です。1びょうに 40センチほどと する しりょうも あります。

日本でも、2022ねんの 8がつに、おきなわの かいようはく こうえんの 熱帯ねったいドリームセンターで、ハネフクベの みが できました。人の 手で じゅふんして できた、日本で はじめての れいです。みは 20センチほどの 大きさに なりました。

こんな たねの かたちを、人も まねしました。

ハネフクベ（Alsomitra macrocarpa）は、マレーシアなどが原産のつる植物です。熱帯雨林の高いところで花を咲かせ、そこから種を飛ばします。

この種はほとんど回らず、グライダーのように滑ります。大学の研究の要旨は、垂直尾翼も操縦もなしで安定して飛ぶ、と述べています［6］。風や上昇気流がなくても、最大で数百メートル飛ぶとされますが、これは上限の目安で、いつもその距離を飛ぶわけではありません。

落下の速さは、冠毛をもつ種と同じくらいゆっくりです。翼にかかる重さは毛型の種より大きいのに、同じような速さに落ち着くと、資料は述べています。別の紹介サイトでは、毎秒約0.41メートル（回る翼果は約1メートル）とされています。

日本でも、2022年8月、沖縄の海洋博公園の熱帯ドリームセンターで、日本で初めて人工授粉によって実がなったと伝えられました。果実は直径20cm前後になったそうです［7］。

種の形が、ここまで安定して滑空できる。そう考えた人たちが、種を手本に、人工の飛行体を作りました。

ハネフクベ（Alsomitra macrocarpa）は、マレーシアなどが原産のつる植物で、熱帯雨林の高い位置で開花し、種を飛ばす。この種は、ほとんど回らずに滑空するグライダー型である。エディンバラ大学の研究の要旨は、垂直尾翼も能動的な制御もなしに安定した飛行を実現していると述べる［6］。風や上昇気流がなくても最大で数百メートル飛ぶとされるが、これは上限の目安であって、常にその距離を飛ぶわけではない。

落下速度は、冠毛をもつ種と同程度に遅い。翼荷重はそちらより大きいが、同程度の終端速度に達する。AskNatureという二次資料は約0.41 m/s（回る翼果は約1 m/s）としている。「約」を付けて受け取るのがよい。

日本では2022年8月、沖縄の海洋博公園熱帯ドリームセンターで、人工授粉による日本初の結実が報じられた。果実は直径20cm前後になった［7］。

回転で揚力を得るカエデ型と、安定して滑るこのグライダー型。こうした種の形を、人工の飛行体の設計に生かす研究が2021年に出た。

4つめの かたは、ひらひら まう たねです。キリや ニワウルシの たねが、この なかまと されます。

2021ねんの ろんぶんは、この 4つの たねの とび方から、とても 小さな ひこうたいを つくりました。大きさは 1ミリより 小さい ものから、それ いじょうの ものまで あります。

その ひとつは、すなつぶほどの 大きさの でんしきかいです。モーターは ありません。風に のって、カエデの たねの ように ヘリコプターの まねを して まわりながら おちます。ほしの かたちを した たねを もつ しょくぶつの はねが、おてほん でした。

これを つかって、空気の よごれを しらべたり、空気に ういて いる びょうげん きんを しらべたり する ことを、かんがえて います。まだ「つかえる」のでは なく、「つかう かんがえ」の だんかい です。

たねは、人が かんがえつかない かたちを して いるのかも しれません。

フラッタラー型（スピナー型）は、ひらひらと舞いながら落ちる種です。キリやニワウルシの種が、この仲間とされています。個別の飛び方の詳しい仕組みは、この記事では取り上げません。

2021年のNature誌の論文は、風で運ばれる種を、パラシュート型・グライダー型・ヘリコプター型・フラッタラー型の4つに整理し、そこから、1mm未満のものを含む飛行デバイスを設計しました［8］。

そのうち砂つぶ大の電子飛行体（マイクロフライヤー）は、モーターを使わず、風に乗って、カエデの種のようにヘリコプターのように回りながら落ちます。翼の形の手本は、星形の種をもつ植物（トリステラテイア）です。将来は、大気汚染や、空気中の病原体の観測に使う構想があります［9］。使える段階ではなく、使う構想のある段階です。

カエデの種は、昆虫や鳥と共通する渦を使っていました。種の形は、機械の設計の手本にもなりました。ほかの種の形にも、手本になるヒントが残っているかもしれません。

フラッタラー型（スピナー型）は、ひらひら舞いながら降下する型で、キリやニワウルシが挙げられる［8］。この型の個別の飛行機構は、ここでは扱わない。

2021年のNature誌の論文では、種の飛び方を手本に、1mm未満のものから、それ以上の大きさまでの飛行デバイスが設計された。4型の整理は、Nature Asiaの研究ハイライトによる［8］。そのうち砂つぶ大の電子飛行体（マイクロフライヤー）は、モーターを持たず、風に乗って、カエデの翼果のようにヘリコプター型で回りながら落ちる。翼形は、星形の種をもつ植物（トリステラテイア）の翼を手本にした［9］。

用途として挙がっているのは大気汚染や空気中の病原体の観測で、これは使う構想の段階である。

ここまでを振り返ると、種の飛び方の分類は、植物学だけでなく、微小な空飛ぶ機器の設計図にもなっている。では、この先、どんな種がどんな新しい手本になるのか。

きょう できる こと

かみを たてに 長く きります。上から まんなかまで、たてに きりこみを いれます。きりこみの 上の 2まいを、はんたいの むきに おります。したの はしを おって、クリップを つけます。

おうちの 人と いっしょに、へやの 中で、手の 高さから おとすと、くるくる まわります。はさみも、おうちの 人と いっしょに つかって ください。

はねの むきを ぎゃくに したら、まわる むきは どうなるでしょう。ためして みましょう。

しらべる とき

タンポポの わた毛の ことは、タンポポの わた毛の メモに あります。「ネイチャー・アジア」には、日本語で よめる 研究の しょうかいが あります。おうちの 人と いっしょに よんで みましょう。

今日できること

紙飛行機ならぬ「紙ヘリコプター」を作って、翼の形と回り方の関係を調べられます。細長い長方形に切った紙の、上から真ん中まで縦に切り込みを入れ、上の2枚を反対向きに折ります。下の端を折ってクリップをつければ、完成です。

大人といっしょに、室内の安全な場所で、手の高さから落とすと、くるくる回ります。翼の折る向きを逆にしたり、長さを変えたりして、回り方や落ちる速さがどう変わるか比べてみましょう。はさみは、気をつけて使ってください。

資料を読むなら

ネイチャー・アジアの研究ハイライト（日本語）に、2021年の飛行デバイスの論文の紹介があります。カエデの種の渦は、Science誌の2009年の論文の要旨で確かめられます。

タンポポの綿毛の仕組みは、別の記事「タンポポの綿毛が飛ぶ仕組み」にまとめてあります。

今日できること

紙ヘリコプターを作り、室内で手の高さから落として、翼（折り返し）の向き・長さ・クリップの重さを変えて、落下時間をスマートフォンのストップウォッチではかるなどして比べる。回転方向が翼の折る向きで決まること、重くしても落下時間があまり変わらない範囲があるかを調べると、カエデの種の頑健性の報告（［4］）と見比べられる。はさみの扱いには注意すること。

資料を読むなら

カエデの前縁渦はLentinkらのScience誌2009年の論文の要旨（［2］）、頑健性は［4］、冠毛の渦輪は［1］、湿度は［5］、ハネフクベは［6］、微小飛行体は2021年のNature誌の論文の紹介（［8］［9］）から読める。日本語で読めるのは［8］である。

タンポポの冠毛の仕組みは別記事（タンポポの綿毛が飛ぶ仕組み）に詳しい。