浴室での実験が40万台湾ドルの奨学金に
徐怡蓁さんは自宅で100匹以上のゴキブリを飼育し、研究の多くを家族用の浴室で行った。問いは一風変わっていた。体の一部を取り除かれた後も、昆虫はその部分をきれいにしようとし続けるのだろうか。
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台北市立中山女子高級中学の生徒である徐さんは、頭部や触角を失ったゴキブリが、それらの部位があった場所に向けて、なお協調した毛づくろいの動きをすることを見いだした。この観察により、徐さんは2026年11月7日に授与された第25回旺宏科学賞の金賞2件のうち1件を受賞し、40万台湾ドルの奨学金を獲得した。
もう一つの金賞は、泳ぐブラインシュリンプが水面の形をどう変えるかを調べた、嘉義高級中学の徐維誠さんと涂承宏さんに贈られた。グッピーの生き餌をきっかけに始まったこの研究は、水産養殖の環境監視に役立つ可能性のある研究へと発展した。
受賞した2件は、168校から参加した800を超えるチームの中から選ばれた。身近な動物を注意深く観察することで、動きを協調させる神経と、動く水を形づくる力という、全く異なる2つの仕組みに関する問いが生まれ得ることを示している。
ゴキブリが続けた行動
徐さんはワモンゴキブリを使い、動画撮影と動きの定量分析を行って運動モデルを構築した。昆虫を撮影することで、直接観察して見つけた行動だけに頼らず、その動きがどう変化するかを調べることができた。
ゴキブリは体を清潔に保つため、日常的に毛づくろいをする。徐さんは、頭部や触角を取り除いた後も、昆虫が失われた部位のあった場所に向けて毛づくろいの動きをすることを観察した。頭部のないゴキブリは背中を反らし、後ろ脚を頭部があった位置に向けて前方へ動かすこともあった。
こうした行動に徐さんが関心を持ったのは、複数の部位が連携していたためだ。体のいくつかの部分が、特定の場所をきれいにする際に見られるパターンで動いていた。徐さんはこの行動を、過去の感覚経験に基づくものと解釈し、神経系が体の一部があった場所の情報を保持していると考えた。
「頭のないゴキブリにも幻肢はあるのか？ ゴキブリの毛づくろい行動を通じて神経マトリックス理論の性質を探る」と題した研究では、この行動を手がかりに、動物の神経系が運動パターンをどのように蓄え、実行するのかを調べた。
頭部がなくても動きが続く仕組み
徐さんの説明の中心となったのは、胸部神経節と呼ばれる構造だ。神経節は神経細胞の集まりで、胸部神経節は昆虫の体の中央部にあたる胸部、脚が付いている部分にある。
昆虫の神経系では、制御機能の一部がこうした神経節に分散している。そのため、頭部にある脳神経節は、体のほかの場所にある神経中枢とともに働く。徐さんは観察結果から、毛づくろいを指示する仕組みの一部が胸部神経節にあると推論した。
徐さんはその仕組みを中枢パターン発生器と説明した。簡単に言えば、繰り返しの動作を組み立てられる神経細胞のネットワークだ。脚を動かすたびに個別の指令を必要とするのではなく、このネットワークが協調した動きのパターンを生み出す助けとなる。
頭部のない昆虫が背中を反らし、脚を前方へ動かしたことから、徐さんは脳神経節がなくても一部の毛づくろいのパターンが始まり得ると提唱した。結論は、ゴキブリの神経系でこれらの動きの制御がどのように分散しているかに関するものだ。
研究で幻肢を取り上げた理由
人の幻肢体験では、すでに失われた手足に関連する感覚が生じる。徐さんはこの比較を、体の一部があった場所をゴキブリが毛づくろいするという、観察可能な行動に当てはめた。
この解釈には、体の各部位の位置を把握する感覚である固有受容感覚も関わっている。人が腕を見ずに動かすときにも、この感覚が働く。ゴキブリでは、脚や体の位置に関する情報が毛づくろいの協調を助ける。
徐さんは、胸部神経節がこの感覚に関係する空間的な位置関係を保持していると推論した。分かりやすく言えば、神経ネットワークは体の作業用の地図を保ち、毛づくろいの動きを向けられる場所も記憶しているように見えた。
徐さんはこの解釈を、神経細胞のネットワークが体の内部表現にどう関わるかを説明する神経マトリックス理論と結びつけた。公表された説明では動画撮影と定量分析について述べられていたが、実験の全手法、サンプル数、各実験群の昆虫数、対照群、統計結果は示されていなかった。
異例の実験に取り組んだ生徒
徐さんは実験の大半を自宅の浴室で行い、多数のゴキブリを飼育し観察することが日常の一部になった。研究期間を懐かしい思い出と振り返り、今後はより基礎的な研究に取り組みたいと話した。
中山女子高級中学の金賞受賞者である徐さんは、研究対象への愛着を短く表現した。中国語からの訳は次の通り。
とてもかわいい
一方で、においにはあまり好意的ではなかった。多くの人が避けたがる動物を細かく観察する研究に、徐さんのコメントは個人的な一面を添えた。
科学的な課題は、こうした観察を体系的に検証できるものへと変えることだった。動画撮影と動きの計測によって、予想外の行動に気づく段階から、その背後にある神経回路について説明を提案する段階へとつなげた。
ブラインシュリンプが示す水面の変化
嘉義の徐維誠さんと涂承宏さんにとって、出発点はグッピーの稚魚に餌を与えることだった。生き餌として水槽に入れたブラインシュリンプが光の下に集まり、生徒たちは光に向かう動きを調べ始めた。
この反応は走光性と呼ばれ、光に向かう、または光から遠ざかる動きを指す。チームは、光源に向かって泳ぐエビの群れが周囲の水をどう動かし、水面をどう変えるかを調べた。
生徒たちは顕微鏡を使って、水の流れとメニスカスの変形を観察した。メニスカスとは液体の曲面で、容器の縁と水が接するところに見られる、わずかな盛り上がりやくぼみのことだ。
生徒たちは、動物の活動と水面の形に関連があることを見いだした。また、光が強いほど、またエビの数が多いほど、水面を下向きに押す力が弱くなる傾向があると報告した。
涂さんによると、気温が低いとエビの活動が鈍り、それに伴ってメニスカスも変化した。この研究では、環境条件、動物の動き、その上にある水面の形という、同時に観察できる3つの要素を結びつけた。
エビの研究は養殖業者の役に立つのか
嘉義のチームは、研究成果を水産養殖の監視に役立てたいと考えている。提案された方法では、水面の変化を、動物を取り巻く環境への注意が必要であることを示す信号として利用する。
養殖業者にとって実用的な価値は、生育環境の悪化を早めに知らせることにある。研究では、水質の変化や、通常とは異なる溶存酸素量の監視につながる可能性が示された。溶存酸素とは、水生動物が呼吸に使う水中の酸素のことだ。
水温の実験は、提案された一連の変化を具体的に示している。気温が下がるとエビの活動が鈍り、泳ぎ方が変わって水の動きも変化し、水面の形が変わる。この関係を利用した監視システムは、小さな生物反応をより気づきやすくすることを目指す。
このように、2件の金賞研究はいずれも動きを情報として活用した。徐さんは脚の動きを調べて神経による制御を探り、嘉義の生徒たちは泳ぎと水の動きを調べて動物を取り巻く環境を探った。受賞した各研究には40万台湾ドルの奨学金が贈られ、金賞2件の総額は80万台湾ドルとなった。
列車の風力や霧の集水に取り組んだ生徒も
国立台湾師範大学附属高級中学の生徒、李孟哲さんは、地下鉄で通学中に感じた風から着想を得た。トンネル内を走る列車が閉鎖空間の中で空気を押し出す「ピストン効果」を研究した。
李柏翰教諭の指導の下、台北の地下鉄当局から許可を得て、気流と風速を測定した。李さんは垂直軸風力タービンを使ってエネルギーを回収する案を提案した。予備的な推計では、1駅で得られる電力は携帯用モバイルバッテリー300台を1日で満充電できる量に相当するという。この研究には優秀賞が贈られた。
銀賞は、霧を集める昆虫の背中の突起とシダ植物の溝の構造を組み合わせた花蓮高級中学のチームが受賞した。生徒たちは3Dプリンターを使い、霧の粒を集めるためのパネルを作製した。
チームは、実験で市販の霧採集ネットよりも多くの水を集められたと報告した。列車の風力に関する研究と同様、観察可能な物理現象を捉え、実用的な活用方法を探った。
教員と学校にも表彰
学校賞は、花蓮高級中学、国立台湾師範大学附属高級中学、梨山高級中学、嘉義高級中学の4校に贈られた。トロフィーはアーティストの胡棟民さんが制作した。
教員特別貢献賞は、呉樹旭さん、楊振澤さん、李柏翰さんに贈られた。李さんは122の生徒チームを大会に導き、2度目の受賞となった。個々の生徒の研究を支える、継続的な指導の取り組みを示している。
劉国偉教育部次長は、今年は普通高校に加え、技術系高校や海外の台湾人学校からも参加があったと述べた。大会は生徒が研究能力を示し、大学が人材を見いだす場だと説明した。
劉氏はまた、科学教育を、台湾が若い人材の定着を図る取り組みと結びつけた。学業や研究から就職、起業に至るまで機会を充実させるため、政府、大学、産業界の連携を呼びかけた。
国家科学及技術委員会の呉誠文主任委員は、実践的な実験と創造性を促す録画メッセージを寄せた。旺宏教育基金会の呉敏求董事長は、同基金会が引き続き科学人材を支援すると述べ、半導体技術が人々を守り助ける医療製品に役立つことへの期待を示した。
要点
- 徐怡蓁さんは、頭部や触角を取り除いた後のゴキブリの毛づくろいの動きを研究し、第25回旺宏科学賞の金賞を受賞した。
- 観察結果をもとに、胸部の神経ネットワークが空間情報を保持し、脳神経節がなくても毛づくろいを協調させると提唱した。
- 嘉義の徐維誠さんと涂承宏さんは、ブラインシュリンプの遊泳と水面の変化の関係を調べ、もう一つの金賞を受賞した。
- 受賞した各研究には、2026年11月7日の授賞式で40万台湾ドルが贈られた。
- 168校から800を超えるチームが参加した。ほかにも、地下鉄の気流による発電や霧からの集水を探る研究が表彰された。
