高校受験の理科 生態系—食物網と分解者から物質の循環とつり合いを考える｜武蔵野個別指導塾

食べる向きと分解者による炭素の戻り道を、条件を変えた問題でたどり、生態系のつながりを読み取ります。

よくあるのは、中学生が草から動物へ伸びる矢印は描けても、分解者を食物連鎖の外に置いてしまう場面です。落ち葉や死がいは消えてなくなるのでしょうか。生き物の間の食べる関係に加え、死がいや排出物が分解されて無機物に変わる道を追うと、図の見え方が変わります。ここでは生産者、消費者、分解者と炭素の移動を扱います。

問題の図で探す3つの手掛かり

1つ目の型は、生き物を役割で分ける問題です。植物が光合成で有機物をつくり、動物がほかの生物を食べ、菌類や細菌類の一部が死がいなどを分解します。名前を暗記するだけでなく、何を取り入れ、何をつくるかを図の条件から探します。

2つ目は、食物網の矢印を読む問題です。矢印が「食べられる側から食べる側」を示すと明記されているかを確かめ、途中の生物が減った場合に、直接つながる相手への影響を考えます。複数の食べ物があるときは、一列の連鎖だけを見て結論を決めないことが必要です。

3つ目は、炭素を含む物質の移動を説明する問題です。二酸化炭素が植物に取り入れられ、有機物を通じて動物や分解者へ移り、呼吸などによって再び二酸化炭素として環境へ出る道をたどります。矢印の両端が何かを言葉にすると、物質の変化と生物の移動を混同しにくくなります。

生き物の役割と炭素の道筋

生態系は、ある場所の生物と、それを取り巻く水、空気、土などの環境を合わせて考えたまとまりです。生物は互いに食べたり食べられたりするだけでなく、環境から物質を取り入れ、環境へ物質を戻します。池でも草地でも、どの範囲を考えるかを先に決めると関係を整理できます。

生産者は、光合成によって二酸化炭素と水から有機物をつくる植物などです。消費者は、植物やほかの動物などを食べて有機物を得る動物などです。分解者は、死がいや排出物に含まれる有機物を分解する菌類や細菌類などです。分解者も生物であり、有機物を利用して呼吸します。生き物を、植物と動物の2種類に無理に分けないようにします。

食べる関係を一筋につないだものが食物連鎖です。実際には1種類の生物が複数の相手を食べたり、複数の相手に食べられたりするため、連鎖が網目状につながります。これを食物網といいます。矢印の向きには問題ごとの約束があるので、必ず凡例を読みます。ここでは有機物を含む食べ物が渡る向きに描きます。

図1のように、生産者がつくった有機物は消費者へ移り、死がいなどを通じて分解者にも渡ります。図は関係を簡略化した模式図で、矢印は生物自体が移動する経路ではありません。

図1のように、二酸化炭素から生産者への矢印は光合成を表します。生産者、消費者、分解者はいずれも呼吸を行い、二酸化炭素を環境に出します。図の戻りの矢印は、各生物から環境への呼吸をまとめたものです。分解では有機物から無機物が生じ、植物は水に溶けた無機物も利用します。無機物がそのまま有機物と同じ物になるのではなく、植物の体内で光合成などを通じて有機物がつくられます。

炭素に注目すると、空気中の二酸化炭素に含まれる炭素が植物の有機物に入り、食べる関係や死がいの分解を通って移ります。その後、呼吸などで二酸化炭素として戻ります。これは炭素を含む物質が姿を変えて巡る説明です。矢印が閉じているからといって、各生物が同じ炭素を同じ速さで受け渡すとは限りません。

基本例題：草地の食物網をたどる

次は学習用に定めた草地の条件です。矢印は食べられる側から食べる側へ向きます。草をバッタとネズミが食べ、バッタをカエルが食べ、ネズミとカエルをヘビが食べます。死がいや排出物は分解者が利用します。ほかの食べる関係は考えません。

問1 草からヘビまで、バッタを通る食物連鎖を矢印で順に書いてください。問2 草、カエル、分解者の役割をそれぞれ用語で答えてください。問3 この草地でカエルが一時的に減り、ほかの条件が直後には変わらないとします。バッタが受ける直接の影響を、食べられる機会に触れて1文で答えてください。

図2のように、草から出る2本の矢印と、ヘビに入る2本の矢印を別々に読みます。分解者へ向かう線は、各生物の死がいや排出物が分解される関係をまとめています。

図2のように矢印を草からたどると、バッタ、カエル、ヘビの順につながります。したがって問1は「草 → バッタ → カエル → ヘビ」です。草からネズミを経る道もありますが、指定されたバッタを通らないので問1には使いません。逆向きに読めば、ヘビが草を食べるという条件にない関係になってしまいます。

問2は、草が生産者、カエルが消費者、分解者が分解者です。草は光合成で有機物をつくり、カエルはバッタを食べて有機物を得ます。分解者は死がいなどの有機物を利用し、分解します。答えを条件へ戻すと、草は食べられる側、カエルはバッタを食べる側、分解者は死がいなどを利用する側に対応します。

問3は「カエルに食べられる機会が減るため、バッタは増える方向の影響を受けます」です。減るのはバッタを食べる相手なので、直接には食べられる圧力が弱まります。ただし、これは直後にほかの条件が変わらないという設問での見通しです。草の量やほかの生物の変化、その後の時間を考えれば、バッタが必ず増え続けるとはいえません。

条件が増えたときの分かれ目

別の水辺で、水草を小型の巻き貝と水生昆虫が食べ、巻き貝と水生昆虫を魚が食べるとします。魚は両方を食べますが、その割合は示されていません。この設問では、水草を食べる生物はこの2種類、魚を食べる生物は考えないものとします。水生昆虫が減ったとき、魚の食べ物について確実にいえることと、決められないことをそれぞれ1文で答えてください。

まず、魚につながる矢印を探します。水生昆虫から魚への道があるので、その餌が減ることはいえます。一方で、巻き貝から魚への道もあります。巻き貝がどれだけいて魚がどれだけ利用するかは示されていないため、魚の個体数が必ず減るとは決められません。答えは「魚の餌のうち水生昆虫は減ります。巻き貝の量が示されていないため、魚が利用できる餌全体の量の変化は決められません」です。

分かれ目は、直接の関係と、複数の条件を経た結果の違いです。魚の餌の一部が減ることと、魚の数が一定の割合で減ることは同じではありません。もし巻き貝も減ったという条件が加われば、魚の利用できる餌は両方減ります。それでも、魚の数の変化量や時期は、餌の量や魚の状態などが示されなければ定まりません。図にない矢印を勝手に足すことも避けます。

生態系のつり合いとは、個体数が一匹も変わらないことではありません。食べる側と食べられる側、環境の条件などが関わり、数が変動しながら関係が保たれることです。ある生物が増えればそれを食べる生物の餌が増える場合がありますが、他の餌や環境も影響します。変化の向きは、与えられた条件と時間の範囲を添えて述べます。

誤答から戻り道を描き直す

「分解者は死がいを土に消すので、食べる関係にも炭素の循環にも入らない」という答えを考えます。誤りは、目に見える死がいが小さくなることを、含まれる物質が消滅することと取り違えた点です。分解者は死がいなどの有機物を利用し、呼吸によって二酸化炭素も出します。炭素は別の物質に含まれて環境へ移ります。

図3のように、死がいから分解者へ、さらに二酸化炭素へと矢印をつなぎ直します。最後に二酸化炭素から植物へ光合成の矢印を引くと、炭素を含む物質の戻り道を表せます。

図3のように、直した説明は「死がいの有機物は分解者に利用され、呼吸などで二酸化炭素が環境に戻り、植物の光合成に利用されます」です。分解者が植物を直接つくるわけではありません。また、分解者への矢印は死がいを利用する関係であり、分解者が生きた動物を捕食するという意味ではありません。

もう1つの誤りは、矢印の向きを確かめずに「矢印の先が食べられる」と決めることです。問題の凡例が逆なら、図の矢印も逆になります。図を書き換える前に、具体的な1組について「何が何を食べるか」を声に出し、その組と凡例が一致するかを確認します。凡例や関係が不足していれば、無理に向きを確定せず、何が不足しているかを答えます。

食物網に分解者を加えるときは、どの生物の死がいも分解の対象になりうることに注意します。ただし図が簡略化されている場合、描かれていない線を個別の観察結果として扱うことはできません。問題文に「ほかの関係は考えない」とあれば、その条件を優先して考えます。生物の数が減った理由を問われた場合も、餌の関係だけで決めず、示された環境の変化があるかを調べます。情報が足りない場合は、必要な条件を挙げて判断を留保することが、図を正しく読む力につながります。

自分で確かめる問題

次の条件は各問題のために定めたもので、実際の観測記録ではありません。矢印は食べられる側から食べる側を表します。

1. 林で木の葉をイモムシが食べ、イモムシを小鳥が食べます。木の葉から小鳥までを矢印で順に書き、木の役割を用語で答えてください。
2. 畑で作物をアブラムシが食べ、アブラムシをテントウムシが食べます。テントウムシが一時的に減り、直後にはほかの条件が変わらないとき、アブラムシが受ける直接の影響を理由とともに1文で答えてください。
3. 森の落ち葉に含まれる有機物が菌類などに利用された後、そこに含まれる炭素が二酸化炭素として空気中へ出る過程を、生物の働きの名前を含めて1文で答えてください。
4. 草をウサギと昆虫が食べ、両方を鳥が食べます。昆虫が減った場合に鳥の個体数が必ず減るかを答え、その理由を餌の関係に触れて1文で書いてください。ほかの食べる関係や餌の量は示されていません。

答えと確かめ方

1. 「木の葉 → イモムシ → 小鳥」、木は「生産者」です。葉を食べる側がイモムシ、そのイモムシを食べる側が小鳥なので、条件に戻しても矢印の順が合います。木は光合成で有機物をつくります。小鳥から始めると、食べ物が渡る向きと逆です。

2. 「テントウムシに食べられる機会が減るため、アブラムシは増える方向の影響を受けます」です。条件に戻すと、減ったのはアブラムシを食べる側です。作物の量などが後に変わる可能性は残るため、ずっと増え続けるとまでは答えません。食べる相手が減ったと誤読すると、変化の向きを逆にします。

3. 「菌類などの分解者が有機物を利用し、呼吸によって炭素を含む二酸化炭素を空気中に出します」です。落ち葉から分解者へ有機物が渡る条件に戻し、その炭素が呼吸で出る二酸化炭素に含まれることを確かめます。落ち葉全体が二酸化炭素になると決める必要はありません。

4. 「必ず減るとはいえません。鳥はウサギも食べますが、その量などが示されていないからです」。条件にある鳥への矢印は昆虫とウサギの2本です。昆虫の減少で餌の一部が減ることは読めますが、残る餌の量や鳥の状態が不明なので、個体数の結果は確定できません。判断できない理由まで書くと、単なる当て推量と区別できます。

要点を手元に残す

生産者は光合成で有機物をつくり、消費者は他の生物を食べます。
分解者は死がいなどの有機物を利用し、物質を環境へ戻します。
食物網は複数の食物連鎖がつながる関係で、矢印の約束を先に読みます。
炭素は有機物と二酸化炭素などに姿を変えながら移ります。
個体数の変化は、餌や時間などの条件を添えて考えます。

説明が止まる場所を見つける

お子さまが図を見て黙ってしまうときは、まず草と動物の1組だけを指し、「どちらが食べるか」「矢印はどちらへ向くか」と順に尋ねます。ここで言葉と矢印が合わなければ、食物網全体を暗記する前に凡例へ戻ります。食べる関係は読めるのに分解者で止まる場合は、死がいから有機物が渡る先と、呼吸で出る物質を別々に確認します。

個別指導では、図1のどこまでを自分の言葉で説明できるかを確かめ、図2では他の餌がある場合とない場合を比べます。結論が出せない問題でも、足りない条件を指摘できれば、図から読み取れる範囲を守れています。分解者を加えた矢印が、食べる関係と炭素の循環をつなぎます。