【中学受験理科】季節と生き物 食物連鎖を図解で総まとめ—生き物の 1 年 食物連鎖 生態系の計算｜武蔵野個別指導塾

冬の木やこん虫の姿を出発点に、四季の変化、食物連鎖、分解者の役割を3枚の図で整理します。観察表の読み取りと食べる量の計算を通して、環境の変化を根拠つきで説明する力を育てましょう。

よくあるのは、習い事の帰りの自転車置き場で、葉の落ちた木を見たお子さまが「冬は植物も虫もいなくなるから、食物連鎖はなくなるのかな」と考え込むという場面です。夏には葉が茂り、虫の声も聞こえていた場所が、冬には静かになります。目に入る姿が変わると、生き物そのものが消えたように感じやすいのです。

けれども、木の枝には冬芽があり、土や落ち葉の下には冬を越す動物がいます。植物がつくった養分は、食べる・食べられる関係を通して動物に渡ります。落ち葉や死がいにも、それを利用する生き物がいます。「いつ、どこで、どんな姿で生きているか」と「何を食べ、何に食べられるか」を重ねると、季節の知識が1つのつながりになります。

この単元では、名前と季節を組み合わせて覚えるだけでなく、観察した事実を表から読み取り、条件に合わせて必要な食べ物の量を計算します。見えない時期の生き方まで考えられるように、順番に確かめていきましょう。

この単元で身につけること

• 植物の1年を、芽生え、成長、開花、結実、冬越しの姿で説明します。すべての植物が同じ季節に花を咲かせるわけではないため、種類ごとの違いも一緒に見ます。
• 動物の活動と季節の関係を整理します。こん虫の冬越し、カエルの冬眠、渡り鳥の移動を区別し、見かけなくなった理由を具体的に説明します。
• 食物連鎖の矢印を、食べられる生き物から食べる生き物へ向けて読みます。1本のつながりだけでなく、枝分かれした食物網にも目を向けます。
• 数のピラミッドと食べる量の計算を分けて考えます。個体数の比較には観察範囲をそろえ、食べる量には「1匹あたり」「1日あたり」という条件を使います。
• 分解者のはたらきから、落ち葉や死がいの行方を考えます。植物、動物、土、水、空気の関係をたどり、環境が変わったときの影響を説明します。

これまで学んだ植物の成長やこん虫の育ち方は、それぞれの生き物の姿を知る学習でした。ここではその知識を使い、同じ場所の生き物どうしと周りの環境との関係へ、考える範囲を広げます。

基本の考え方

季節は「同じ生き物の変化」で追います

季節と生き物の問題では、まず観察している種類と場所を確かめます。春にサクラの花を見て、夏にアサガオの花を見ただけでは、同じ植物の成長を比べたことにはなりません。同じ木、同じ花壇、同じ範囲の草むらを続けて見ると、気温や日照時間などの季節の変化と、生き物の姿の変化を結びつけやすくなります。

春には、冬芽から葉や花が出る木があり、地中の茎などから芽を出す草もあります。暖かくなるにつれて活動するこん虫が増え、花の蜜を吸いに来る姿も見られます。ただし、芽生えと開花は別の出来事です。秋に芽生えて冬を越し、春に花を咲かせる草もあるので、「春はすべての種子が芽生える季節」とは書きません。

夏には、多くの植物の葉がよく茂り、光を受けて養分をつくります。成長や繁殖が盛んな動物も多くなりますが、どの種類でも暑いほど活動が盛んになるとは限りません。温度が高すぎたり水が不足したりすれば、植物の成長や動物の活動が妨げられることもあります。問題の観察表に「気温が上がった」とあっても、それだけですべての変化を説明しないようにします。

秋には、実や種子が目立つ植物があり、落葉する木では葉の色が変わり、やがて葉が落ちます。冬には葉がなくても、枝や幹、根が生きており、冬芽の中に次の葉や花のもとがあります。冬芽をおおうりん片などは、中の柔らかい部分を乾燥や寒さから守る役割をもちます。図1のように、落葉樹の姿を1年の流れとして見ると、「葉がない」と「木が枯れた」を区別できます。

図1は落葉樹の代表的な変化を簡単に表したものです。花や実のできる時期は種類によって異なります。また、常緑樹は冬にも緑の葉をつけていますが、同じ葉を永久につけているわけではありません。古い葉と新しい葉が順に入れ替わるため、木全体が葉のない姿になりにくいのです。

草の冬越しにも違いがあります。アサガオは多くの地域で秋に実をつくり、親の体は枯れても種子が残り、次の世代につながります。一方、タンポポは地面近くに葉を広げた姿で冬を越すことがあります。地上部が見えなくなっても、地中の根や茎が残る多年草もあります。「地上のどの部分が見えるか」と「どの部分が生き残るか」は別々に確かめます。

動物は姿・場所・活動のしかたを変えます

こん虫は、種類によって冬を越す段階が異なります。代表的には、オオカマキリは卵、カブトムシは幼虫、モンシロチョウはさなぎ、ナナホシテントウは成虫で冬を越します。たとえばモンシロチョウの成虫を見かけなくなっても、同じ種類の生き物がすべて死んだとはいえません。さなぎの姿で次の季節につながっています。地域の気候による違いもあるので、問題で観察結果が与えられたときは、その条件を優先します。

カエルなどは、寒い時期に土の中などで活動を抑えて冬眠します。体のはたらきがなくなるのではなく、呼吸などを続けながら、少ないエネルギーで過ごします。「眠っているから生きるための養分はいらない」という理解は正しくありません。食べ物を十分に得にくい季節を、蓄えた養分などを使って越します。

鳥には、季節に応じて遠くへ移動する渡り鳥がいます。日本の多くの地域で、ツバメは春ごろに渡って来て繁殖し、秋ごろに暖かい地域へ移る夏鳥の代表です。ハクチョウの仲間は、北の地域で繁殖し、日本には冬を過ごすために渡って来る冬鳥として扱われます。夏鳥・冬鳥という名前は、日本のある場所で主に見られる季節を表します。「夏鳥は夏だけ生きている」という意味ではありません。

動物が移動したり活動を抑えたりする背景には、気温だけでなく、食べ物の得やすさもあります。葉が減れば、それを食べる動物の食べ物も変わり、その動物を食べる生き物にも影響が及びます。ここで季節の学習と食物連鎖の学習がつながります。

食べ物をたどると植物と分解者につながります

生き物の食べる・食べられる関係が鎖のようにつながったものを食物連鎖といいます。草をバッタが食べ、バッタをカエルが食べる場合は、「草 → バッタ → カエル」と表します。この表し方では、矢印は食べられる側から食べる側へ向きます。食べ物に含まれる養分がどちらへ渡るかを考えると、向きを迷いにくくなります。

植物は光合成によって、光のエネルギーを利用して水と二酸化炭素から養分をつくります。このようなはたらきから、植物は生産者と呼ばれます。動物は植物やほかの動物を食べて養分を得るため、消費者と呼ばれます。草食動物も、肉食動物も消費者です。動物だけを並べた図を見たときも、最初の動物の食べ物をさらにたどることが大切です。

実際の生き物は、決まった1種類の食べ物だけを食べるとは限りません。カエルがバッタ以外の小動物も食べたり、バッタがカエル以外の動物にも食べられたりすると、つながりは網の目のようになります。これを食物網といいます。問題で食物連鎖が1本だけ示されているときは、まずその図の条件で考えますが、自然全体がその1本だけで成り立つとは考えません。

落ち葉、ふん、死がいなども、生き物に利用されます。菌類や細菌類には、それらを分解して養分を得るものがあり、分解者として重要な役割を担います。ミミズなどが落ち葉を食べて細かくするはたらきも、分解が進むことに関係します。分解が進むと、植物が根から吸収できる無機養分が土に戻り、呼吸によって二酸化炭素も空気中などへ戻ります。

生き物どうしの関係に、土、水、空気、光などの環境を合わせてとらえたまとまりが生態系です。生態系では物質が形を変えて巡りますが、エネルギーがまったく同じ形で巡るわけではありません。光のエネルギーが入り、生き物の活動を通して一部が熱として周囲へ出ていくという違いがあります。小学生の段階では、まず「植物が養分をつくる」「動物が食べて利用する」「分解者のはたらきで物質が戻る」を説明できれば、つながりを見失いません。

例題で解き方を確かめる

例題1　冬に見えなくなったこん虫

問題：夏にオオカマキリとモンシロチョウの成虫を見かけた場所を、冬に観察しました。枝にはオオカマキリの卵が入った卵のうがあり、別の場所にはモンシロチョウのさなぎがありました。この場所で、それぞれはどの段階で冬を越しているといえますか。

1. 生き物の名前を2つに分けて書きます。両方をまとめて「こん虫」とすると、冬越しの段階の違いを見落とすからです。
2. 観察したものと、体の成長段階を対応させます。卵のうは卵を包むものであり、卵のう自体がさなぎなのではありません。
3. 問われているのが、成虫の居場所ではなく冬を越す段階だと確かめます。成虫を見つけられなくても、卵やさなぎの姿が答えの根拠になるからです。

答え：オオカマキリは卵、モンシロチョウはさなぎで冬を越しています。

「冬越し」という言葉だけで成虫の冬眠を思い浮かべると、答えを取り違えます。卵・幼虫・さなぎ・成虫のどれなのかを答える問題なのか、土の中・木のすき間などの場所を答える問題なのか、問いの終わりを読み分けましょう。

例題2　観察表と数のピラミッド

問題：ある草地で、同じ日に同じ範囲を調べたところ、草が120株、バッタが60匹、カエルが30匹でした。この問題では「草 → バッタ → カエル」という関係を考えます。3種類の数の比を最も簡単な整数の比で表し、図2の下から順に生き物の名前を答えましょう。

図2のように、食べられる側を下に、食べる側を上に置くと、各段階の個体数を比べやすくなります。この図では横幅を数に比例させており、段の高さはすべて同じです。

1. 食物連鎖の順を確かめます。数が多い順を機械的に並べるのではなく、食べる・食べられる関係で段の位置を決めるためです。
2. 120、60、30を、すべて30で割ります。比は3つの数を同じ数で割っても変わらないため、120：60：30＝4：2：1と簡単にできます。
3. 草を下段、バッタを中段、カエルを上段に置きます。図2の横幅も800、400、200の比になっているため、数の比と一致します。

答え：数の比は草：バッタ：カエル＝4：2：1で、下から草、バッタ、カエルです。

このように、食べられる側の数が多く、食べる側に進むと数が少なくなる形を、数のピラミッドとして扱います。ただし、いつでもこの形になるわけではありません。たとえば1本の大きな木が多数のこん虫を支える場合、木を1個体と数えると、植物の数がこん虫の数より少なくなることがあります。個体数と、体の大きさや食べ物になる量は同じではないのです。

また、この表から「カエル1匹はバッタ2匹を食べる」とは求められません。表にあるのは観察した時点の数であり、食べた量でも、1日分の食事の記録でもないからです。比が簡単に求まっても、その比が何を表すかまで言葉で確かめます。

例題3　食べ物の量を逆向きにたどる計算

問題：別の計算用の条件として、カエル1匹が1日にバッタを6匹食べ、そのバッタ1匹に1日分の食べ物として葉3枚を用意するとします。カエル4匹の1日分の食べ物になるバッタを用意するには、バッタ用の葉は何枚必要ですか。葉はすべて同じ大きさとし、ほかの食べ物や食べ残しは考えません。これは自然のカエルやバッタに共通する食事量を示したものではありません。

1. 求める量を「バッタ用の葉の枚数」と確かめます。カエルが葉を直接食べるという計算ではなく、食物連鎖を2段階戻って考えるためです。
2. カエル4匹に必要なバッタを求めます。1匹に6匹必要なので、6×4＝24で、バッタは24匹です。
3. バッタ24匹に必要な葉を求めます。1匹に3枚必要なので、3×24＝72で、葉は72枚です。

答え：バッタ用の葉は72枚必要です。

ここで使った数は、例題2で観察した個体数とは別の条件です。例題2の「バッタ60匹」を途中に持ち込むと、異なる問いの数を混ぜることになります。計算の前に「何匹の、何日分か」を小さく書き、どの数が必要かを選びましょう。

式を1つにすると3×6×4＝72ですが、最初は「バッタ24匹」「葉72枚」と途中の答えに単位をつけて書くことを勧めます。最後の答えを「72匹」としてしまう誤りも、途中の量を言葉にすることで見つけられます。

例題4　落ち葉をすべて取り除く影響

問題：林の地面の落ち葉を長い間すべて取り除いたところ、落ち葉を利用する土の中の小動物が減りました。落ち葉を取り除くことが、これらの小動物や分解者、植物の育つ環境に与える影響を、「食べ物」「無機養分」という2つの言葉を使って説明しましょう。ただし、肥料などを外から加えることは考えません。

1. 直接変えた条件を見つけます。取り除いたのは植物全体ではなく落ち葉なので、まず落ち葉と直接つながる生き物を考えるためです。
2. 落ち葉を利用する生き物への影響を書きます。食べ物やすみかが減ることは、小動物などの数が減った観察結果と結びつきます。
3. 分解されたあとの物質をたどります。落ち葉由来の無機養分が土へ戻る量が減れば、長い目で見た植物の育つ環境にも影響しうるからです。

答え：落ち葉を利用する小動物や分解者の食べ物が減り、落ち葉の分解で土へ戻る無機養分も減るため、植物が育つ環境に影響します。

この説明では、「植物がすぐにすべて枯れる」とまでは書きません。土に残る養分や水分などの条件も関係するためです。変化の向きと、その理由をつなぐことが、影響の大きさを決めつけることより先になります。

つまずきやすいところと直し方

「見えない」と「いない」を同じにしてしまう

誤った書き方：「冬はこん虫がすべて死に、落葉樹も枯れています。」これは、地上で目立つ姿だけを見て、生きている部分や成長段階を調べていない点が違います。冬芽や卵、土の中の幼虫などは、夏とは違う姿で次の季節につながっています。

正しい書き方：「冬には卵・幼虫・さなぎ・成虫などで冬を越すこん虫がいて、落葉樹は冬芽などを残しています。」直すときは、植物なら「種子・芽・葉・地中の部分」、こん虫なら「成長の段階」を候補にして、種類と対応させます。何でも冬眠と答えず、生き残る姿を具体化しましょう。

食物連鎖の矢印と数の意味を取り違える

誤った書き方：「カエルがバッタを食べるので、カエル → バッタです。バッタが60匹、カエルが30匹なら、1匹が2匹ずつ食べます。」前半は、この単元で用いる食物連鎖の矢印を、食べに行く向きだと考えた点が違います。後半は、観察時の個体数から、食べる量を決めた点が違います。

正しい書き方：「養分が渡る向きに、バッタ → カエルと表します。個体数の比は2：1ですが、1匹が食べる量は別の条件が必要です。」直すときは、矢印の上に「食べられる」と読んでみます。さらに表の見出しを見て、「数えた数」なのか「1日に食べた数」なのかを確かめます。設問に矢印の意味が別に指定されていれば、その指定に従います。

分解者を食物連鎖の最後の動物だと思う

誤った書き方：「分解者は肉食動物の死がいだけを食べ、できた土を植物が食べます。」分解されるものを肉食動物に限った点と、植物が土そのものを食べると考えた点が違います。植物の落ち葉も、草食動物の死がいやふんも、分解につながります。

正しい書き方：「菌類や細菌類などが落ち葉や死がい、ふんを分解し、植物は土の中の水や無機養分を根から吸収します。」図3のように、植物と動物の両方から分解へつながる道を描くと、分解者を特定の動物の後ろにだけ置く誤りを直せます。

図3の矢印は、物質の移動を簡単に示したものです。図の無機養分は、植物が光合成でつくるでんぷんなどとは区別します。植物は根から取り入れた無機養分も利用しますが、成長に必要な養分をすべて土から取り入れているわけではありません。光、水、二酸化炭素を使う光合成と、根からの吸収を分けて説明しましょう。

環境問題でも、まずこのつながりを使います。水辺を埋めれば、そこにすむ生き物だけでなく、それを食べる生き物にも影響が及ぶ可能性があります。ある外来の生き物が増えたときも、食べる関係や食べ物の取り合いによって、もともといた生き物に影響する場合があります。ただし、外来の生き物がすべて同じ影響を与えるわけではありません。「どの生き物と、どんな関係が変わるか」を具体的に考えることが入口です。

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練習問題

練習1

アサガオと落葉樹の冬越しを比べます。「親の体は枯れても主に種子が残る」「枝に冬芽があり、幹や根も生きている」を、それぞれ適切な植物に対応させましょう。また、落葉樹の葉がないことだけで、木が枯れたと判断できるか答えましょう。

練習2

ある場所で、同じ種類の落葉樹を1年間観察しました。4月は葉が出始め、7月は葉が茂り、11月は葉が落ち始め、1月は葉がなく冬芽がありました。7月と1月の違いを説明する文として、適切なものを選び、理由を答えましょう。

ア：1月には木が死んだので、春には別の木が生えます。

イ：同じ木が、7月には葉を広げ、1月には冬芽を残した姿で生きています。

練習3

例題3と同じく、カエル1匹の1日分にバッタ6匹を用意し、バッタ1匹につき葉3枚を用意します。カエル5匹の2日分では、葉は合計何枚必要ですか。毎日新しくバッタを用意し、そのバッタにはそれぞれ1日分の葉を与えるものとします。食べ残しやほかの食べ物は考えません。

練習4

「草 → バッタ → カエル」だけの関係を考えます。カエルが急に減った直後、ほかの条件が同じなら、バッタの数と草が食べられる量は、それぞれどうなる傾向がありますか。また、その傾向がいつまでも続くとはいえない理由を1つ書きましょう。

答えと解説

練習1の答え：種子が残るのはアサガオで、冬芽をつけ、幹や根も生きているのは落葉樹です。葉がないことだけでは、木が枯れたとは判断できません。地上の葉の有無と、種子や枝、根などの生存を分けて考えます。

練習2の答え：イです。同じ木を続けて観察し、1月には冬芽があると記録されているからです。葉が落ちたという1つの変化から、木全体が死んだと結論づけることはできません。

練習3の答え：180枚です。1日分のバッタは6×5＝30で30匹、2日分では30×2＝60で60匹です。葉は3×60＝180で180枚になります。1匹あたりの量、カエルの数、日数を順にかけるので、3×6×5×2という式でも確かめられます。

練習4の答え：バッタは増える傾向があり、草が食べられる量も増える傾向があります。ただし、草が減ればバッタの食べ物が不足するため、その傾向がいつまでも続くとはいえません。カエルに食べられるバッタが減るという直接の影響と、その後に食べ物の量が変わる影響を、順番に考えます。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

季節と生き物の関係は、天気や気温の変化、日照時間の学習につながります。また、植物が取り入れる物質と出す物質を考えると、光合成や呼吸の理解も深まります。生き物の数を比べるときに「同じ範囲、同じ方法」をそろえる考え方は、実験の条件整理にも使えます。

家庭での1つ目の確かめ方は、保護者が付き添い、安全な場所から見える同じ木を5分間観察することです。日付と、葉・芽・花・実のうち見えたものを記録します。枝を折ったり、虫をつかまえたりする必要はありません。別の日の記録と並べると、記憶だけで比べるときより、変化の根拠がはっきりします。

2つ目は、紙に「草」「バッタ」「カエル」「落ち葉や死がい」「分解者」「無機養分」と書き、5分間で矢印をつなぐことです。矢印を1本加えるたびに、何がどちらへ渡るのかを声に出します。図3と照らし合わせるときも、形の丸写しではなく、それぞれの線の理由を説明してみましょう。

個別指導で答えの理由を確かめるときは、冬越しならこん虫の成長段階まで、計算なら「1匹あたり」の意味まで戻ります。数式は正しくても矢印の向きを説明できない場合は、食べ物が渡る場面を言葉にしてから図に戻します。

まとめ

生き物の知識がつながったかどうかは、知らない観察表に出会ったときに確かめられます。見えなくなった生き物の姿を考え、矢印の意味を読み、観察された数と食べる量を分ければ、名前の暗記だけでは答えにくかった問いにも根拠を添えられます。

自転車置き場の木をもう一度見たとき、枝先の芽だけでなく、足元の落ち葉にも目を向けてみましょう。静かな冬の地面でも、次の季節へ渡る物質の道は続いています。葉のない枝も落ち葉の下も、生き物の1年と食物連鎖の続きです。