高校  生物基礎  生物の多様性と生態系  by 池田博明  
序章  『沈黙の春』と生態学の歴史

     カーソンの意義と生態学の小歴史については別ファイルに。
   

【コメント:生態学とは】
 生態学は環境での無機物(非生物)と生物との相互作用や相互関係を研究する学問である。相互作用が網の目のようにつながって,ひとつの作用が全体にも影響を及ぼす。生態学者はそれらの要因がどう影響するかを決定し,自然界を総合的に理解しようとする。

 生態学はその対象により植物生態学・動物生態学・微生物生態学などに分けられる。 また,生態系により淡水生態学・海洋生態学・陸上生態学など, 方法により統計生態学・生理生態学・生産生態学など, レベルにより種生態学(個体レベル,主に生理学の範囲)・個体群生態学・群集生態学などに分けられる。

▼森主一『動物の生態(第二版)』(1998,京都大学学術出版会)
▼マクニール『生態学の手引き』(1977,講談社)


第1節    環境と生物の生活 

●第1項 環境と環境要因

  環境要因=生物に影響を及ぼす要素 

      無機的要因   光・大気・水・土・温度・無機塩類

      生物的要因   同種の生物・異種の生物

 街なかにも多様な環境があります。身近な観察から生態学は始まります。バードウォッチング用のスコープを少女が持っているのは、そこから始まる実習を想定しています。影絵の鳥はバードウォッチャー用の「ものさし鳥」(大きさの規準の鳥)です。


  無機的環境 →(作用)→  生物  ←(相互作用)→ 生物 
        ←(反作用)← 
          あるいは環境形成作用
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  作用の例                    反作用(環境形成作用)の例
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 緑色植物(緑葉)に光が作用           植物体(緑葉)が光をさえぎる
 昼は光合成で二酸化炭素を吸収         昼の樹木の周囲は大気の二酸化炭素が減少
 大気中の酸素が細菌の呼吸の基質       細菌の呼吸により地表は二酸化炭素濃度が高い
 土中の有機物がミミズの栄養となる       ミミズが排出により団粒構造の土を作る
 温暖な水温がサンゴを成長させる        サンゴの遺体がサンゴ礁を作る
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土の中の
コガネムシ
の幼虫は
地中温度
(青線)に
応答して
移動する。
地中20cm
の温度。


赤線は
幼虫のいる
深さを
表す。
【コメント:環境および環境要因】 生態学的「環境」は,無機的環境と生物的環境から成り, それぞれは無機的(非生物)要因,生物的要因で構成される。 どのような要因に着目するかによって,環境のとらえ方は変わる。 また,これらの要因は環境を構成する成分でもあり,生態系の構成成分とも考えられる。 次に,無機的要因のなかで光と温度について解説する。
【参考】光;光の強度(照度)は植物の光合成に影響し,光周期は成長に影響する。 一般に陽生植物は補償点が高く,陰生植物は低い。また,開花に長い暗期が必要な植物もある(第4章)。 多くの動物にとっても,光周期は休眠や渡り,繁殖に影響している。 また,水は光を吸収するため,水の深さと光量は関連が深い。特に波長が短い光ほど深く届くため(波長の長い赤い光は深い所まで届かない),海藻には浅所から緑藻,褐藻,紅藻といった垂直分布が見られる。
 温度;緑色植物の光合成の最適温度は20〜30℃であるが,C4植物では35℃である。呼吸速度は40〜50℃までは上昇する。森林で強度の伐採をすると,樹幹が太陽の直射を受けて,高温による障害を起こす場合がある。低温による障害もあり,例えば熟したバナナやトマトを10℃程度で貯蔵すると変質・腐敗する。
【コメント】 環境要因のはたらきを作用(action 環境作用),反作用(reaction 環境形成作用),生物相互作用(coaction,現在はinteraction)という用語で表現すると, 生態学の特徴を理解するのに役立つ。F.E.クレメンツ(1916)の提唱した生態学上の用語である。
 例えば,日射量が増すことによって植物の成長が促進される場合,これを日射量の作用という。
【実習:街の生態学】 街なかでも生態観察は可能である。1本の樹木の周囲や,コンクリートの割れ目にたまった土にさえ,動物(ササラダニ等)や植物(種子や芽生え)が観察できる。
 バードウオッチングの際の大きさの目安にする鳥(ものさし鳥という)は次の5種である。スズメ(体長14cm,他に同大の鳥としてシジュウカラ・ヤマガラ・カワラヒワ・コゲラ等),ムクドリ(24cm,ツグミ・アカハラ・イカル等),ヒヨドリ(27cm,コジュケイ等),キジバト(33cm,バン等),カラス(56cm,ゴイサギ等)。
【コメント】ダーウィン
 ダーウィン(1809-1882,英)の『さんご礁の構造と分布』は,『ビーグル号航海記』(1839)の姉妹書として1842年に刊行された。彼はさんご礁を地形学的に裾礁(fringing reef.海岸線にそって形成されたもの。沖縄のサンゴ礁のほとんどは裾礁である),保礁(barrier-reef.沈降によって形成された礁湖あるいは水道によって陸から隔てられているもの),環礁(atoll.沈降しつつある海底火山の周囲に発達したもの)の三つに大別し,この順番で形成されていくものと結論した(ダーウインの沈降説)。
 ダーウインは,『種の起源』(1859)で,自然選択説による進化論を集大成した。 他に主著として『家畜・栽培植物の変異』(1868),『人間の由来』(1871),『人間と動物の表情』(1872), 『植物の運動力』(1880)などがある。『ミミズによる土壌の形成』(1882)は彼の最後の本である。
 ダーウィンはミミズの反作用に注目した。ミミズは雑食性で,土中のいろいろな生物や落ち葉などを食べる。食物はミミズの消化管の中を通り,だんご状のふんになって排出される。ミミズは上へ上へとふんを排出するので,土壌は空気を含み,ふかふかになってくる。
【参考】サンゴとサンゴ礁

 サンゴは腔腸動物門花虫綱に属する。クラゲと異なり,エフィラの時期がない。多数のポリプが外胚葉から石灰質(炭酸カルシウム)を分泌し,さらに群体となっている。サンゴの内胚葉には褐色をした渦鞭毛藻(褐虫藻)がぎっしり(150万/p2)つまっている。この共生者の光合成産物を得て石灰質ができると推測される。群体の形には樹状のものや塊状のものなど,さまざまである。
 サンゴ礁が発達する条件は(1)水温が18.5℃以下にならない(低温では褐虫藻の活動が低下する),(2)水深40m未満(深いと褐虫藻が光合成できない),(3)水が透明(濁ると褐虫藻の光合成が阻害される)。なお,大陸の西岸でサンゴ礁の発達が悪いのは寒流が赤道に向かって入りこんでいるため。また,大河(チグリス・ユーフラテス,インダス,ガンジス,アマゾン)の河口も海に流入する土砂や淡水の影響でサンゴ礁の発達が抑えられている。
 サンゴの生活史;受精卵は2,3日でプラヌラ幼生(西洋ナシ型,体長1〜2mm)に発生し,体表の繊毛で泳ぐ。正の走光性,負の走地性があり,海流にのって分布するが,受精後1週間もすると負の走光性を示し,固着する場所を探して海底に沈む。普通2週間から1ケ月以内に固着生活に入るが,適当な定着場所がないと,数ケ月もプラヌラ幼生のまま浮遊しつづける。サンゴの最大の天敵はオニヒトデで,体外に胃を出してサンゴの上に広げ,消化酵素でサンゴを溶かし,溶けた液を吸収する。
     (本川達雄『サンゴ礁の生物たち』中央公論社)
 
   サンゴに迫る危機   「NHKおはよう日本」2008年5月6日

 和歌山県串本町・海洋研究所からの報告という形で、(1)オニヒトデの増加による被食、(2)海水温の上昇による白化、(3)酸性側に傾くことによるホワイト・シンドロームにより、サンゴの減少が起きていると。
 ホワイト・シンドロームはオーストラリアのグレート・バリアー・リーフからの報告(クイーンズランド大学オーブ教授(による)だが、弱アルカリ性の海水が炭酸によりやや酸性に傾く(pHは7.6)と白化する。串本町ではここ20年間で冬の2月の最低気温が1度上昇し、17℃になった。生態系に大きな影響を与えると考えられる。マサバが減ってゴマサバが相対的に増える、ヒジキの成長が悪くなったといった漁民の声がある。サンゴの産卵時期も6月と早まっているようだ。(H.Ikeda記)

【実習】春の校庭の観察
 あらかじめ野外に観察ポイントを設定して番号をつけておく(時間にもよるがせいぜい十箇所)。
 生徒を引率し,実物を観察させながら説明し,ノートをとらせる。スケッチをさせる。
 教室に戻ってきてからレポートを作製させる。(ただし,選択授業で生徒20名以下の場合)
   → 山北高校での春の観察のポイント

▲浜口哲一『生き物地図が語る街の自然』岩波書店 → 池田の書評(別ファイル)

【参考】高校生(小田原城内高校)が作った鳥の新作聞きなし(別ファイル)


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