持続可能な建物を建てるうえで、人間はシロアリから多くを学べる。私と同僚が発表した最近の研究は、Science Advancesアフリカの一部のシロアリが、年間を通じて巣の中を涼しく安定した温度に保つ仕組みを明らかにしている。その答えは、微細ながら高度につながり合った孔で構成される巣の壁にある。
今日の建築家や建設業者は、エネルギー使用量を増やさずに建物を冷やす新たな方法、より優れた方法を絶えず模索している。実際、エアコン需要の拡大は、今日のエネルギー論議における最も重大な見落としの一つだ。今後30年間、毎秒10台の新しいエアコンが販売されると予測されている。地球温暖化が進むにつれ、人々は空調に膨大なエネルギーを頼らない、持続可能な建物をますます必要とするようになる。
そこでシロアリの出番となる。シロアリは、遠縁のアリとは混同すべきではない。階層に基づく高度な社会構造を持つ昆虫で、王、女王、働きアリ、兵隊アリがいる。人間と同じく、ゴキブリの仲間であるシロアリは、環境に適応するよりも、自ら環境を作り出すことを好む。たとえば、一部のシロアリは持続可能な菌類栽培を確立し、食物の消化に役立てている。体にとって過酷なこともある乾燥地帯に暮らすシロアリもいる。こうした厳しい環境に対処するため（また、場合によっては菌類栽培を続けるため）、シロアリは十分に涼しく湿度の高い構造物を築く。これが有名な塚、つまり巣である。
こうした理由から、シロアリの巣は効果的な換気と温度管理の事例として広く研究されてきた。しかし、シロアリがどのように巣を築くのかは、最近まで十分に解明されていなかった。
シロアリの種類によって異なる仕組み
菌類を栽培する種のシロアリの中には、トンネルと開口部から成る複雑な仕組みで換気する、高くそびえる巣を築くものがいる。これらのトンネルは、人家の煙突や窓と同じように巣の換気を調整する。実際、シロアリの巣に着想を得た建物がいくつかあり、その一つがジンバブエのイーストゲート・センターだ。同センターは、隣接する同規模の建物と比べてエネルギー使用量を90%削減することに成功している。
一方、菌類を育てないシロアリは、滑らかに見え、目立った開口部のない巣を築く。それでも、こうしたシロアリにとって換気は重要だ。最近まで、窒息を避けるため、巣の周囲でどのように空気を動かしているのかは明らかでなかった。
巣の換気の鍵は構造にある
私と同僚――フランスと英国の生物学者、エンジニア、数学者からなるチーム――は、その解明に取り組んだ。私たちの研究から、巣そのものを形作る微細な構成要素が、こうした過程を自然かつ効果的に起こすよう最適化されていることが分かった。
私たちは菌類を栽培しない種である草刈りシロアリに焦点を当て、西アフリカのセネガルとギニアで見つけた巣の発掘から始めた。巣は土壌粒子に水とシロアリの唾液を混ぜて作られている。目立った開口部はないものの、壁にはマイクロメートル単位の孔がある。
巣から微小な試料を採取し、病院で使われるものに似たマイクロX線スキャナーにかけた。ただし、よりはるかに細かな解像度でスキャンできる装置だ。シロアリが築く外壁には、小さな孔と、それよりやや大きく互いにつながった一連の孔があることが明らかになった。実際、孔の空間のおよそ99%がつながっていた。
X線スキャンを使い、コンピューターゲームのデジタル世界のように、巣のデジタル版を作成できた。次に、シロアリが暮らす環境、つまり乾燥したセネガルと、より湿潤なギニアの条件で巣をシミュレーションした。
大きな孔同士のつながりによって、コーヒーがフィルターを通るのと同じように、空気が外壁を「浸透」して流れることが分かった。これは換気と温度調節の鍵となる。
巣の孔は微細な換気通路を作り、人間の肺と同じようにガス交換を行う。ただし、肺は膨らんだり縮んだりして換気するのに対し、巣では内側と外界の温度差によって空気が出入りする。
シロアリが単純な構築ルールに従って、あるいは土の粒が詰め合わされる際に生じる物理的制約の結果として、こうした相互につながった孔を作るのかは、まだ分かっていない。しかし私たちの研究は、換気の鍵を握るのは使われる材料ではなく構造であることを示唆している。特に、二つの地域の試料は主に異なる材料（セネガルでは砂、ギニアでは粘土）で構成されている。
今後の課題は、同じ設計原理を導き出し、人間向けに規模を拡大することだ。菌類の部屋まで備えたシロアリの巣をそのまま再現した場所に住みたい人はいないだろう。しかし、シロアリから学ぶことは、孔がつながった新たな合成建材の開発につながるかもしれない。人間の創意工夫があれば、自然界に見られる形を模倣するだけでなく、そうした形が生まれる仕組みを再現できることを忘れてはならない。
