今年は東海地方も早々に梅雨に突入し、場所によってはそろそろホタルが出ているようです。
伊豆には清流が多く、ホタルの乱舞を見ることができるところがたくさんあります。人為的な放流によるものでなく、こうした天然のホタルを、あちこちでみることができるというのは伊豆の自然度の高さゆえのことです。
それにしてもホタルはなぜ光るのでしょうか。その理由としては、外敵から身を守るためという説や、食べるとまずいことを警告するため、という説があります。実際、ホタル科の昆虫は毒を持っています。
しかし、交尾のために発光能力を持つようになったとする説も有力です。種ごとに光を放つリズムや、その際の飛び方などに特徴があることなどから、そうした交信パターンを通じて雄雌同士が惹かれ合うのではないかと推測されています。
ホタルは成虫になってからだけではなく、卵や幼虫の頃から発光します。成虫は、腹部の後のほうに発光器があります。幼虫も腹部の末端付近が光りますが、発光器がより分散している種もいます。
ホタルに限らず、生物界ではほかにも光るものがたくさんいます。生物発光は、電気による光源と比較すると効率が非常に高く、熱をほとんど出さないため「冷たい発光」とも言われます。英語では、バイオルミネセンス（Bioluminescence）といい、これはギリシア語のbios（生物）とラテン語のlumen（光）との合成語です。
生物発光の能力をもつ陸上生物は他にはあまりいません。よく知られているものとしては、ツチボタル（ヒカリキノコバエ）やフェンゴデスという甲虫の幼虫くらいです。
他にキノコ類で発光を行うものがありますが、総じて陸は海ほど多様ではありません。海ではとくに深海生物の多くが発光します。水深500～1,000mに棲むエビ・カニ類の40～80%が光り、500m以深に住む魚類の90%が光ります。オキアミ類もその99%が光るそうです。
これら水棲生物の発光色はたいていが、青か緑です。その理由はこの色の光が海水をよく通過するからであり、発光する理由としては、擬態や誘引が有力視されています。からだの一部を光らせることで何らかの餌にみせて、近づいてきたらパクリというわけです。
有名なものとしてはチョウチンアンコウがあります。頭部から伸びた光突起をゆらゆらと揺らすことで小魚や甲殻類を引き付けます。この突起は背鰭が変形したものです。
青緑色以外の発光生物はやはりあまり多くはありませんが、ワニトカゲギスという深海魚は赤い発光をし、オヨギゴカイという浮遊生物は黄色く光ります。
ダルマザメは腹部を中心に体全体が青く光りますが、首周りだけはまばらに光るようになっています。この部分だけ暗い部分が目立つようになっており、これは自分を小魚の影に見せかけた疑似餌だといわれています。
この魚は自分より大きな魚も餌にします。まばらな発光によって自分を小さな魚に見せかけます。そして大型の魚が自分を捕食しようと近寄ってきたとき、ガブリと一口します。ダルマザメは鋭い歯を持っているのでその魚は体の一部分を食いちぎられてしまいます。
また渦鞭毛藻という単細胞の藻類は、自らを守るために発光を使います。こうした藻類の天敵はプランクトンです。渦鞭毛藻は彼らが自分の近くに来た時にはその接近を水流でキャッチして光りだし、プランクトンより更に大きい浮遊生物を引きつけます。寄ってきた浮遊生物によって捕食者のプランクトンを食べさせるように仕向けているといわれています。
発光を捕食者の撃退に使っているものは他にもおり、ある種のイカでは、発光する化学物質や発光バクテリアを含む液体を普通のイカの墨のように吐き出します。これが光る煙幕のようになり、捕食者が混乱しているあいだにその場を逃げ出します。
このほか、ホタルと同じように水中での発光を通信に使っている種もあります。ある種の光バクテリアでは、自らが光ることによって共生生物に信号を送り、自らをその仲間として受け入れてくれるように仕組んでいます。また他の仲間を呼び寄せてコロニーを形成しているともいわれています。
このように生物が光る、ということは古くから知られており、その仕組みに対して多くの学者が興味を持ってきました。
アイルランドの化学者、ロバート・ボイルは、1667年に発光に酸素が必要かどうかを確認する実験を行いました。発光バクテリアやキノコを容器に入れ、真空ポンプで空気を抜くと光らなくなり、空気を戻すと再び光ることを確認し、発光に酸素の必要なことを示しました。
また、18世紀後半のイタリアの動物学者、スパランツァーニはウミボタルやクラゲを用いた実験を行いました。これらを乾燥させたものを水に戻して、それによって光ることを確認しており、これによって生物発光が化学物質の反応によるものであって、必ずしも生命の維持活動に起因するものではないことを確認しました。
さらに1883年、フランス人医師のラファエル・デュボアは、ヒカリコメツキムシを用いて、発光には二つの物質が関わっていることを解明しました。
この昆虫の発光器から抽出した成分は発光しますが、しばらく放置すると光が消えてしまいます。これを加熱して際にも光が消えましたが、自然放置したものとこの加熱したものの二つを加え併せると、再び発光しました。
こうした種々の実験から、彼は発光に熱に強い成分と熱で分解する成分の二つが関わっていると考え、前者をルシフェリン、後者をルシフェラーゼと名付けました。現在までにホタルの発光もルシフェリンとルシフェラーゼによるものであり、両者が反応する際、アデノシン三リン酸（ATP）という物質が関わっていることまでがわかっています。
ATPはエネルギーを要する他の生物体の反応素過程でも必ず使用されることもわかっており、有名なものとしては電気ウナギがあります。その筋肉性の発電装置に使われています。医薬品としても利用されており、眼精疲労や慢性胃炎、心不全等の症状改善に用いられます。
ホタルも含め発光する生物の多くは、こうした物質を自力で合成しますが、発光する他の生物を共生させ、それによって光る場合もあります。また、発光生物を餌として食べ、それによって得られた成分を、自分の発光に使うこともあります。多くの発光生物は体内時計を持っており、夜がいつ来るかを認識していて、その生物発光のほとんどは夜に行われます。
ここまで書いてきたように、バイオルミネセンスによって自ら発光する生物の営みは様々ですが、生物発光以外のルミネセンスにもいろいろのものがあります。
基本的には、物質が電磁波を受けたり、電子が衝突することなど外部から何等かのエネルギー供給を受け、自らが高エネルギー状態になったとき（これを励起という）に起きる発光現象およびその光を「発光（luminescence）」と呼びます。
生物発光以外では、フォトルミネセンスというのがあり、その代表的なものは蛍光や燐光です。物質が光（フォトン）を吸収した後、光を再放出する現象で、これを使って工業化されたのが、蛍光灯や液晶ディスプレイのバックライト、プラズマディスプレイなどです。ネオンカラー、蛍光塗料などもフォトルミネサンスであって町中で使われています。
またエレクトロルミネセンス(Electroluminescence)は 、電界が励起のエネルギー源で、発光ダイオード(LED)、有機EL、無機ELなどがあります。カソードルミネセンス（Cathodoluminescence)は電子線がエネルギー源で、ブラウン管、に代表されます。
ソノルミネセンス(sonoluminescence)という、音響波をエネルギー源とする珍しいものもあります。テッポウエビの威嚇行為のときに確認できます。このエビは大きい方のはさみをかち合わせて「パチン！」という大きな破裂音を出しますが、このとき発光します。敵に遭遇した時の威嚇や、獲物を気絶させることがその目的です。
このほか、ケミルミネセンス（chemiluminescence）は、励起エネルギーを化学反応に求めるもので、身近なものとしてケミカルライトがあります。コンサートで観客が使っているのを見たことあるかと思います。米国の元々の登録商標は「サイリューム」ですが、日本では株式会社ルミカが販売していて、「ルミカライト」の名で知られています。
トライボルミネセンス（Triboluminescence）というものもあります。これは「摩擦発光」と訳されるもので、引き離す、剥がされる、引掻かれる、砕かれる、擦られるなどによって物質中の化学結合が破壊されたときに、光が放出されます。
“tribo”はギリシア語で摩擦することを示す「トライボロジー」が語源となっており、砂糖の結晶を砕いたり、粘着テープを剥がすときに、摩擦発光現象が起こることが知られています。物質が壊れたり摩擦される場合の電荷の分離、再結合によって発生すると考えられていますが、この現象が起こる原因についてはまだ未解明な部分があるようです。
記録が残されているなかでは、アンコンパーグル・ユトというアメリカのコロラドに住んでいたインディアンが、石英を使って発光現象を起したのが最初とされます。北米のこのあたりでは石英が多数産出します。インディアンたちは、バッファローの生皮に周辺の山々から集めた透明な石英の結晶を詰めることで、特別な祭具を作り上げていました。
これを使って、夜間に儀式を行います。夜中にこの半透明のバッファローの袋を振ることによって、袋の表面の生皮が神秘的に光ります。袋の中の石英の結晶にかかった摩擦応力と力学的な負荷によって閃光が発生すると考えられています。
イギリスの哲学者、フランシス・ベーコンもその著作でトライボルミネセンスについて触れており、1605年に砂糖の発光について次のように言及しています。「ホタルの光や、一部の動物の目が暗闇の中で光ること、削ったり砕いたりしているときの棒砂糖、乗馬で酷使した馬の汗、これらの共通点はいったい何なのだろうか。」
ベーコンはこの砂糖の発光に相当興味を持っていたようで、15年後の1620年の著作ではその後も続けていた実験結果について次のように書いています。「どのような砂糖でも十分に硬ければ割ったり砕いたりすることで暗闇の中で光る。」
砂糖が光る現象については、「ボイルの法則（一定の温度の下での気体の体積は圧力に反比例する）」で有名な物理学者、ロバート・ボイルも記録を残しています。1663年に出した論文の中で、「棒砂糖を砕く際に光る様子が観察できる」と書いています。
フランスの天文学者、ジャン・ピカーは、1675年の気象観測の際に気圧計を運んでいて暗闇の中でそれが光っていることに気が付きました。気圧計内のガラス管内には水銀が中ほどまで入っていましたが、ガラス管を水銀が滑り落ちるたびに上部の空間が光りました。
のちにこの発光現象は他の研究者によって実証され、さらに低気圧下では静電気によってただの空気が光ることも確認されました。この発見はその後の「電灯」への可応用の可能性が示されたものでした。
このほか、ダイヤモンドも摩擦中に青色や緑色に発光することがわかっています。石英を用いてダイヤモンドを研磨していると、この現象が見られることがあります。インディアンが石英同士をこすり合わせて発光を得ていたのとメカニズムは同じと考えられます。
さらに1920年代に開発された感圧接着テープ（スコッチテープ）でも発光現象が起きることがわかりました。巻いてあるスコッチテープからテープの端を引っ張って引きはがしていくと線状に光ることが確認できます。
1953年には、巻いてあるスコッチテープを真空中で剥がすとX線が発生することが、ソビエトの科学者によって確認され、これによってX線が発生する原理についての研究がより進んだといわれています。
こうした摩擦発光は、砂糖以外の食べ物でも見られることが確認されています。アメリカの「ライフセイバーズ」というブランドのキャンディの一つ、 ウィントオーグリーン（Wint-O-Green）という穴あきキャンディは、砕くと光ることで知られています。
これは、このキャンディーに蛍光物質である冬緑油（サリチル酸メチル）という成分が含まれているためで、これが紫外線を青色光に変換し、発光現象を起します。ウィントオーグリーンは現在日本では市販されていないようですが、ライフセイバーズの他のブランドは売っているものもあるようですから、見つけたら試してみてください。
このほか、摩擦発光は人が食べ物を咀嚼する時にも確認されています。また、脊椎の関節がこすれた時などにもそこが光ります。血液に起因して光が発生することも確認されています。骨軟組織を覆う表皮は、血流による変形や摩擦帯電によって光ることがあるそうです。
さらに、性行為中にも観察されることがあるとのことですが、想像すると笑ってしまいます。あの最中にあそこがぼんやり光るというのでしょうか。
こうした現象には未だ不明な点が残っているものの、結晶学、分光法、その他実験的証拠が示す要因は総じて同じです。それぞれの物質が摩擦を受けたり壊れたり、あるいは異なる物質が擦れ合ったりする場合に発生する電荷分離が原因ではないかとされています。
分離した電荷はその後再結合しますが、このとき周りの空気中の窒素が放電によってイオン化され閃光が発生すると考えられています。こうした摩擦発光が見られる結晶は等方的ではない (同じ方向を向いていない)ことが必要であるとされ、あちこちを向いている（異方性を持つ）ことによって電荷分離が発生しやすくなるとも考えられています。
一方、物質と物質が擦れあう大規模な現象としては、地震があります。地震は固く密着している岩石同士が、断層と呼ばれる破壊面を境目にして、急激にずれ動く現象ですが、このときにも「地震光」なるものが発生したとする目撃情報が多数あります。
ただ、報告された事例は多いものの、確個たる原因が究明されていないことから、謎の現象として取り扱われています。
目撃情報はさまざまで、地震が発生している最中に光が目撃されたとする報告がある一方で、1975年にハワイ島のKalapanaで起こった地震のときのように、地震の前後に光が見られたとする報告もあります。
光の色も様々で、白から青みを帯びた色やオーロラに似た緑色の報告例があるほか、2003年のメキシコのコリマ地震では、空にカラフルな光が見られたそうです。光っている時間もまちまちで、数秒間という報告がある一方で、数十分続いたという例もあります。
2007年のペルー地震では、海上の空で光が見られ、多くの人々により撮影されました。2009年のラクイラ地震や2010年のチリ地震でも観察されて写真に収められています。また2011年4月9日の桜島の噴火の際には、ビデオ映像としても記録されています。
ビデオに記録された例としては他にも、2014年8月24日にカリフォルニア州ソノマ郡で起きた事例、2016年11月14日にニュージーランドのウェリントンでの事例などがあります。ウェリントンの例は夜間であり、雷のような青い閃光が記録されています。
こうした地震光の出現は、比較的大きな地震の際に発生するといわれていますが、その研究は未だ進行中です。いくつかの理論が提唱されていますが、地震前・地震時に高い応力がかかった際の岩石の摩擦動によるものではないかとするものが多いようです。
いくつかの岩石では、破壊されることにより酸素陰イオンが発生することがわかっています。こうしたイオンは岩石中の亀裂を通って地表にまで達し、それらが大気に達するとそこにある空気をもイオン化してプラズマを形成するとされます。実験室での実験では、高い応力が加えられた岩石中の酸素がイオン化して発光することが確認されています。
こうしたイオンの通り道になるのが、断層ではないかともいわれています。地震光が多く発生するとされる場所の多くには、垂直な断層があるようです。
さらに、こうした地震光の発生には、地球の磁場が関係しているという説もあります。地震の発生によって上空の電離層の局所破壊が起こり、その結果としてオーロラとして知られる「グロー効果」が発生します。ただ、すべての地震においてこうした効果がみられるかどうかまでは確認されておらず、実験的にも検証されていません。
科学的な手法を使って専門家が観測したものもこれまでにはなく、多くは一般の人々の撮影やビデオ記録にすぎません。発生した時や場所に一貫性がないのもこうした岩石摩擦説に疑問が持たれる原因になっています。
ただ、これまでに撮影されたビデオや写真は相当な量に上っており、研究の対象として興味を持つ学者は多いようです。一方では科学ブロガーと言われるような人たちが、こうした現象についてのきちんとした考察や基礎研究もせずに、興味本位で情報を広めていることへの批判が集まっています。中には地震光ではないものが含まれている可能性があります。
地震に伴い発生する現象としては、地震光以外にも「地震雲」があります。大きな地震の前後に出現するといわれ、特殊な形状をしているとされていますが、こうした雲と地震との関連性についても、地学や気象学を始めとする学問ではほとんど認められていません。
ほかにも、地震に伴い地下水や温泉、海水に異常がみられるといった現象や、動物の異常行動、通信機器、電磁波の異常などが報告されており、大規模な地震の前兆現象とされることがあります。こうしたものを「宏観異常現象」といいます。ことわざや民間伝承、迷信の形のものも含まれ、ナマズが暴れると地震がおこるとされるものなどもそのひとつです。
宏観異常現象と地震の因果関係を予知や発生のメカニズム解明へ役立てようという動きもあります。しかし、定説として論じられるほどの科学的な根拠や統計的に信頼できるデータが寄せられているわけではありません。時に口コミやマスコミ、ウェブサイトを通じてデマとして流布することもあり、地震予知研究のための弊害とみなす向きもあるほどです。
ただ、静岡県の地震防災センターのように、「宏観異常現象収集事業」としてこうした現象を県民から受け付け、ホームページで公開している例もあります。また、関西の大学と経済界で作る関西サイエンスフォーラムでは「地震宏観情報センター」の設置を提言しています。
将来的に、これらの情報を他の科学的データと読み合わせることで地震予知の一助となることを期待しての試みですが、その目的・手法に問題があり、精度にもこと欠くという指摘があるのも事実です。また公的機関が科学的立場から逸脱したオカルトじみた事業を行う事には、道義的、教育的にも問題があるとする意見もあります。
現状においては信じるのも信じないのもあなた次第、というレベルにある宏観異常現象ですが、将来的には科学的に証明されて地震予知に使われるものも出てくるかもしれません。
中国では、1975年2月4日19時36分に発生した「海城地震」において地震の直前予知に成功し、これが死傷者の軽減に繋がったとされます。日本の気象庁の地震火山部に当たる中国地震局がそう発表しました。
この地震では、直前に冬眠中のヘビが巣穴から出てきて凍死したり、大群のネズミが人を警戒もせずに出現するといった現象や、家畜のブタがお互いにしっぽを噛んで餌を食べなくなったり、垣根や塀をよじ登ったりするといった現象が報告されました。
丁家溝という町では、井戸の水が吹き上げ1mに達した後、午後は濁ったままの状態が続きました。この町でもアヒルが驚いて跳び上がったという報告があり、革安山という町では食用シカが驚いて小屋の中で跳び上がり、走り出して押し合いながら逃走したといいます。
しかし、実際にはこうした異常現象によって地震が予知されたのではなく、本震前に多発した前震によって大地震の発生が予測された、とするのが真説のようです。それにしても、この地震における宏観異常現象の多さは特筆すべきものがあります。
こうした現象を他愛もない迷信だとする人たちがいる一方で、いやこの世の中にはまだまだたくさん科学的にも解明されていないものもある、分析を進めればきっと将来科学として認められていくに違いないと考える人もいます。
将来的に動物と地震予知との因果関係がはっきりするようなことになれば、今後は遺伝子操作によって「地震予知犬」や「地震速報猫」といったものも開発されるかもしれません。そうなったら、お宅にも一匹いかがでしょうか。あなたのいびきで誤作動を起こし、ワンワン、ニャーニャーとうるさいかもしれませんが。
