インドネシア大会　日本チーム　第一回特別教育

国際生物学オリンピック2014 インドネシア大会日本チーム（2014年3月21日の代表選抜試験により決定）を対象にして　以下のように東邦大学にて第一回特別教育を開催しました。

日程・会場

2014年3月24日（月）午前10時 ～ 3月26日（水）午後4時
東邦大学理学部生物学科
〒274-8510 千葉県船橋市三山2-2-1
http://www.toho-u.ac.jp/

担当
長谷川雅美　東邦大学理学部生物学科 教授
高橋秀典　　東邦大学理学部生物学科准教授
成末憲治　　東邦大学薬学部講師
阿部晴恵　　新潟大学農学部助教

JBO委員
浅島　誠　　東京大学 特任教授（JBO委員長）
石和貞男　 お茶の水女子大学 名誉教授（JBO運営委員長）
齋藤淳一　 東京学芸大学附属国際中等教育学校 教諭（JBO運営委員）
笹川　昇 　東海大学工学部生命科学科 准教授（JBO運営委員）
長谷川仁子　静岡県立清水東高校 非常勤専門講師（JBO運営委員）

内容

植物生理学、生態学　高橋 秀典

レタスの種子発芽と光の影響の観察

• 赤色光や近赤色光がレタスの種子の発芽に与える影響を評価する実験を行った。実験は、種子20粒を十分に吸水させた後、(1)D（暗黒）、(2)FR（遠赤色）照射、(3)R（赤）照射、(4)R→FR照射、(5)R→FR→R照射を行った後一晩培養した。この実験では、最後に当てた光の色が発芽の有無を決定し、赤色光を照射した場合に発芽する結果が得られるはずである（結果は翌日）。自然界でのこの意義は葉の吸収スペクトルを考えると、説明することができる。一般に葉は青色と赤色の光を吸収するため、植物が生い茂る条件では地表には遠赤色光が降り注ぐ条件となる。つまり、種子にとっては発芽しないほうが良い指標として遠赤色光を使用していると考えられる。一方、赤色光が地表に降り注ぐ条件ではその逆である。

• オオカナダモを材料として用いて、光が光合成に必要なことを確かめる実験を行った。実験概要は、二酸化炭素を吹き込んで酸性にしたBTB溶液（黄色）を5本用意し、(1)何も入れない、(2)オオカナダモを入れる、(3)オオカナダモを入れて試験管にアルミホイルを巻く、(4)何も入れずにアルミホイルを巻く、(5)温度計を入れる、の各試験管の条件を作る。光源を当てて、3〜4時間ほど置いた後、試験管内の様子を見た。その結果、(2)のみの条件でBTB溶液が黄色から青色になっていた。

この実験では、対照実験 (3)の重要性を考えることが出来る。(2)で青色に変化したことがオオカナダモの光合成によるものなのか、オオカナダモの光合成以外の反応によるためなのかを判断するのに(3)の設定が必要になる。

インゲンを用いた光合成実習

• インゲンの葉を材料として、光合成に最も有効な光の色を調べること、および、光照射部位に光合成によりデンプンが新たに合成されること、を目的に実験を行った。教科書的には赤色、青色の光で活発に光合成が行われていると記載されるが、今回の結果では青色の光を当てた場合にデンプン合成量が少なかった。この理由はいくつか考えられるが、(1) 青セロハンの光透過率が低く、赤セロハン通過時と青セロハン通過時でエネルギーの強さが違ったかもしれない、(2) そもそも電球が青領域の波長を含む量が少ない、などが挙げられる。

• また、このデンプンが新たに合成されるかどうかの実験においては、各々が考える対照実験を行い、その実験を発想するに至った経緯、得られた結果を発表した。

ヨウ素デンプン反応を行うために抽出したクロロフィル溶液にLEDを当てて、その色を確認したところ、赤色になっていることが観察された。この色は葉に直接LEDに当てても見られなかった。この理由は、葉では励起されたエネルギーが次の過程に移動するが、抽出クロロフィルでは励起エネルギーrの供与先がないため、蛍光としてエネルギーを発しているためと考えられる。

葉緑体の光定位運動の観察

光の強弱で、細胞内での葉緑体の分布が変化するかどうかを観察することを目的に実験を行った。その結果、光を強くすると葉緑体が動いて細胞壁側面に並ぶ様子を観察することができた。

生物顕微鏡の操作をマスターする　成末 憲治

ウニの発生過程の観察

• 卵と精子の形成、受精機構、多精拒否機構（遅い多精拒否機構、早い多精拒否機構）、精子の構造、ウニの発生過程、卵の構造と卵割過程、ヒトの発生過程などの講義を受けた。

• 基本的な明視野顕微鏡の扱い方を昨日に続いて復習し、接眼ミクロメーターの実長測定を行い、自身の髪の毛の太さを練習として測定した。その後、ウニの受精卵、4細胞期、胞胚期、原腸胚期、プルテウス幼生の各固定サンプルを観察し、それぞれの形態を観察した。

ゾウリムシの観察

• ゾウリムシの基本的な構造、細胞内消化、細胞外消化、ヒトの消化系、抗生物質、細菌の細胞壁の構造、動物の排出器、細胞の浸透圧などの講義を受けた。

ゾウリムシを含む液体に脱脂粉乳、コンゴレッド、および、メチルセルロースを加えて、明視野顕微鏡下で観察し、ゾウリムシの食胞の様子を確認した。また、ゾウリムシを詳細に観察し、各小器官が見られるかどうかについて確認した。第3の課題として、酢酸オルセイン染色液で染色し、ゾウリムシの核を観察した。次に、塩化ニッケル溶液によりゾウリムシの繊毛の動きを妨げ、終濃度75 mMマンニトールの存在下、非存在下における収縮胞の収縮周期を測定した。各々の生徒が得たデータを用いて、統計解析演習（今回は得られた実験結果からウェルチ検定の演習になった）を行い、計算手法やその取り扱いに慣れた。

火山島の生態系　長谷川 雅美、阿部 晴恵

• 　まず、地球上の大陸はどのように形成されたのか、についての考察を行った。現在の地球の様子を考えると、島が大陸の付属物のような感じを受けるが、実際は多数の島が集合することにより大陸ができたと考えることが出来る。その（火山）島が出来る場所は海嶺、大陸プレートの沈み込み、ホットスポットであるが、この島に生物が住み着き現在いる種数を考える場合、「移入」「絶滅」「種分化」を導入し、

• 　　　種数 = 移入 – 絶滅 + 種分化

• であるとする。この中で、絶滅率が面積に依存すると考え、種数-面積曲線がMacArthurとWilsonにより考案された（平衡理論、当時は種分化は考慮されていなかったが）。この理論は島の様々な要因を一括りにして、種数が面積に依存することを定式化した点が革命的であった。

• 海洋島と陸橋島では生物相が異なるが、それは平衡種数までにいたるプロセスが異なることに由来すると考えられる。海洋島では僅かな種数が移入することが予想され、陸橋島では大陸の一部で移入数は大きいと予想されることが大きな理由の1つである。いずれにせよ、大陸の生物相とは非調和な生物種が島には形成されることになるが、基本的には大型の生物ほど小型に、小型の生物ほど大型に進化する傾向にあるといえる。

• Google earthを用いて、地球上の島がどのような分布をしているのかを確認した。

生物多様性の生態学的研究

　2000年8月に大規模な噴火を起こした伊豆諸島三宅島における生態系の変化が様々な生物群の研究チームにより記録されてきた。今回は土壌動物研究チームにより2012年9月に行われた調査で得られたサンプルを利用した。サンプルは落とし穴トラップにより採取された土壌動物群であり、各々の生徒が課題で与えられた内容からサンプリング地点を選択し、土壌動物群の分類を行った。その結果から、噴火が土壌動物に対してどのような影響を与えたのかを議論した。

火山噴火による生態系への影響に関する講義

• 　実際に、三宅島の噴火をテーマにした研究で長谷川先生、阿部先生が行われてきた内容の講義を行っていただいた。

特別教育の様子