砂漠に生息するトカゲは水を探して歩き回らない。じっとしていても足元の土の水が口元まで至るためだ。韓国の研究チームがトカゲが口元に集めた水を飲み込む過程を明らかにした。今回の研究結果は生物学の難題を解くと同時に、汚染された土壌から清浄な飲料水を得る装置としての活用が期待される。
ソウル大工大は「機械工学部のキム・ホヨン教授と電気情報工学部のキム・ソンジェ教授の研究チームがサバクツノトカゲが水を飲む物理的原理を世界で初めて解明し、これを模倣して汚染された土から清浄な飲料水を収集できる水分収集システムを開発した」と6日明らかにした。今回の研究結果は22日、国際学術誌『米国科学アカデミー紀要（PNAS）』に掲載された。
◇鱗の間の微細な通路が水を吸い上げる
サバクツノトカゲは雨が降るか土が濡れたとき、皮膚表面の微細な通路を通って水分を頭の先まで吸い上げる。植物の根が吸収した水が葉まで届くのと同じ毛細管現象である。幅100㎛（マイクロメートル、100万分の1m）の微細通路は鱗の間の重なった構造の下にある。しかしトカゲがこのように口元に集めた水をどのように口内に飲み込むのかは数十年間ミステリーとして残っていた。
研究チームは超高速カメラでトカゲが口元に集めた水を飲み込む様子を撮影した。トカゲは顎をゆっくり開いて水が顎の表面に残らず口角に集まるようにした。研究チームは「流体力学の原理で分析した結果、口をゆっくり開くほど顎の周辺にある水分の損失が最小化されることが分かった」と説明した。まるで水に濡れたビニール2枚をゆっくり開くと水が一方にうまく集まるが、勢いよく開くと水があちこちに薄く付いて残るのと同じ原理である。
顎をゆっくり開いて素早く閉じる運動は、濡れた土から汲み上げた水を効率的に飲み込ませる生体ポンプの役割をする。口角周辺の皮膚が内側に折れ込み、そこに集まった水を絞るように口内へ送る。
研究チームはトカゲの水分採集動作を模倣した装置を開発した。無数の微細孔が空いたスポンジで土中の水分を吸収し、モーターで人工の顎をトカゲのように非対称に開閉して水を収集するようにした。トカゲの顎関節を模倣した水分収集方式は、スポンジを単純に圧縮して水を絞り出す既存方式よりエネルギー効率性に優れていたと研究チームは明らかにした。
◇浄水装置も結合、汚染土壌にも適用可能
研究チームはスポンジ内部をイオン交換物質で覆い、水分収集と同時に有害な重金属を95%超浄化することにも成功した。汚染された土地であっても濡れていれば清浄な飲料水を得られるという意味である。
キム・ホヨン教授は「長らくベールに包まれていた砂漠トカゲの驚異的な生存戦略を流体力学的に解明し、これを用いた機械装置を開発した」と述べ、「極めて乾燥した環境や深刻に汚染された土壌でもエネルギー消費を抑えて安全な飲料水を確保できる次世代水資源確保技術の重要な源泉になる」と説明した。
科学者は以前から砂漠に生息する動物から水を得る方法を探ってきた。代表例が南アフリカのナミブ砂漠に生息するコガネムシである。砂漠といっても時折海から水蒸気を多く含んだ風が吹き込み、濃い霧が発生する。コガネムシは霧の立ちこめる朝になると逆立ちをする。すると背中にある突起に水滴が付き、口へと転がり落ちる。
米国マサチューセッツ工科大学（MIT）の研究チームは、砂漠に生息するコガネムシの背の構造を模倣して霧から水を作るフィルムを作った。高分子材料でコガネムシの背のように微細な突起があるフィルムを作製した。同じ方法で細菌が付着できないようにするコーティング剤も開発した。突起に付いた水滴が転がり落ちると、汚れや細菌も一緒に流れ落ちる原理である。
サバクツノトカゲはコガネムシのように水蒸気を集めて水を作るのではなく、雨水や濡れた土の水を皮膚の微細通路で吸い上げる点で原理が異なる。霧が出ればコガネムシ方式で水を集め、雨が降ればトカゲに倣う装置を開発すれば、砂漠で水を得る効率を最大化できる。
共同責任著者のキム・ソンジェ教授は「近距離はタクシーで移動し遠距離は飛行機で移動するのと同様に、飲料水もその量に応じて多様な方式で浄水できる」と述べ、「今回の技術は資源が乏しい環境で最小限の飲料水を確保できる小型浄水装置として応用できる」と明らかにした。
論文の第1著者はソウル大機械工学部博士課程のキム・ソンジュ研究員である。チョン・ソヒョン大邱慶北科学技術院（DGIST）ロボット・機械電子工学科教授とキム・ウォンジョン延世大機械工学部教授も共同責任著者として名を連ねた。
参考資料
PNAS(2026), DOI: https://doi.org/10.1073/pnas.2609344123