高校生物 定位と走性—移動方向と刺激の向きをそろえて行動を分類する｜武蔵野個別指導塾

明暗の滞在時間と移動軌跡を照らし合わせる際の焦点は定位と走性です。

よくあるのは、明るい側に長く滞在した動物の記録を見て、「光へ向かう走性がある」と決める場面です。確かに明るい側への偏りは観察されています。しかし、そこへ向かう途中の方向が光にそろっていたか、明るい側に入った後に移動が遅くなったかは、滞在時間だけでは区別できません。場所の偏りが生じる過程まで追うと、行動の分類が明確になります。

要点（結論から）

• 走性は刺激の方向に対する移動方向で正負を判定します。
• 滞在時間の偏りだけでは方向を伴う応答と速度変化を区別できません。
• 光源の位置を変え、方向、速度、対照条件を照合します。

どの資料で何を判断するか

出方の1つは、刺激源と移動の矢印を重ね、刺激に向かうか遠ざかるかを判定する問題です。出発点ごとに刺激源への向きが違うなら、紙の右向きという共通の方向だけで判断できません。各位置から見た刺激の方向を基準にします。

もう1つは、明暗それぞれの滞在時間と軌跡を比較する問題です。多く集まった場所を見つけた後、その原因を速度や方向転換の資料で調べます。滞在時間の比は結果の要約であり、向かう方向を直接示す記録ではありません。

さらに、光源の位置を入れ替えた対照から、光への応答と場所固有の影響を分ける問題があります。光源に伴って方向の偏りが反転すれば、光の方向との関係を支持します。ただし、光源を動かす際に温度や遮蔽物も変われば、光だけの効果とは言い切れません。観察結果と、そこから推論できる範囲を分けて答案にします。

刺激を基準に方向を読む

定位は、刺激源などの方向に対して体や移動の向きが一定の関係をもつことです。走性は、刺激の方向に対して移動方向が定まる応答です。刺激源に近づく向きを正、遠ざかる向きを負と呼びます。光を刺激とする場合は正の走光性、負の走光性と表せます。ここでいう正負は移動方向の関係であり、刺激が生物にとって良いか悪いかを表す符号ではありません。

図1のように、同じ光源に対して矢印が光源へ向くか、反対に向くかを見ます。矢印は一定の観察区間での移動方向です。向きは動物の位置から光源へ引いた線を基準にします。たまたま1回近づいただけでは、刺激に方向をそろえる傾向とは判定しにくいため、複数の出発位置や試行で偏りを調べます。

一方、刺激の方向に向けて移動がそろわなくても、刺激の強さによって速さや方向転換の頻度が変化することがあります。このような無定位的な移動の変化は、強い側から弱い側へ、あるいはその逆へ集団を偏らせる場合があります。例えば明るい場所では遅く、暗い場所では速く移動するなら、境界を越えた後に明るい場所から出るまでの時間が長くなり得ます。これは移動方向が常に光源を向くことを意味しません。

速さと方向転換は別々の量です。方向転換が多いという記録だけでは、必ず滞在時間が長くなるとは限りません。境界の形や移動速度、転換角度にも結果が依存します。したがって、滞在時間の増減は与えられた軌跡や条件から判断し、単独の規則として暗記しないようにします。

方向の資料では、各区間について「その位置から見て刺激源はどちらか」「移動はそちら側か」を対応させます。滞在の資料では「どこに何時間いたか」と「その場所でどう動いたか」を分けます。両者を混ぜないことが、観察から説明へ進むための土台です。

基本例題：光源を左右に置き換える

以下の数値は、考え方を調べるために作った条件です。左右に広がる場所の中央から、それぞれ別個の試行で動物が出発します。光源以外の条件は左右で等しく、光源は左端または右端に置きます。出発直後の移動を、光源側、反対側、どちらとも判定できないものに分けました。

問1　各条件で光源側に移動した割合を、全試行を分母として整数の百分率で求めてください。問2　方向に関する結果と走性の関係を、「光源」と「正」を使って60字程度で述べてください。

図2の矢印は出発点から光源側への向きです。左に光源があるときと右にあるときでは、紙面上の向きが逆になります。左右をまとめる前に、その都度、刺激源との関係に置き換えます。

左の全試行は12 + 4 + 4 = 20回です。右も11 + 5 + 4 = 20回です。全試行を分母とするので、左は(12)/(20)・100 = 60%、右は(11)/(20)・100 = 55%です。判定できない4回を除いて計算すると別の割合になり、問1の指定と一致しません。割合を試行数に戻すと、それぞれ20回の60%は12回、55%は11回です。

問2の例は「どちらの光源位置でも反対側より光源側への移動が多く、正の走光性を支持する」です。光源を置き換えると光源側の紙面上の方向も反転します。この比較は、単に右へ移動しやすいという場所固有の偏りでは説明しにくいことを示します。ただし、少数の記録だけからすべての個体が必ず光源へ向かうとは言えません。

別の整理法では、表の各行で光源側から反対側を引きます。左は8回、右は6回、いずれも光源側が多いと読めます。差は割合と異なる量なので、分母が違う表を比べるときには試行数をそろえたり割合に直したりします。判定不能を隠さず記録することも大切です。

標準例題：同じ偏りに異なる経路

明るい区画と暗い区画が接する場所で、別々の集団A、Bを観察しました。各集団の観察時間は合計100分です。値は架空の条件で、実在の種の測定値ではありません。Aは明るい区画に70分、暗い区画に30分いました。Bも明るい区画に70分、暗い区画に30分いました。移動方向を区間ごとに調べると、Aでは光源に向かう区間が逆向きの区間より多く、Bでは両方向に明確な偏りがありませんでした。Bの平均移動速度は明るい区画で1 cm/min、暗い区画で3 cm/minでした。

問　AとBの滞在時間から共通して言えることと、方向の記録を加えて区別できることを「速度」「正の走光性」を使って100字程度で説明してください。

まず、100分のうち70分なので、どちらも明るい区画での滞在割合は70%です。AとBの集まり方は同じですが、そこに至る行動は同じとは限りません。Aの方向の偏りは正の走光性を支持します。Bは方向の明確な偏りがなく、明るい区画で速度が低いため、無定位的な速度変化が長い滞在に寄与する可能性があります。ただし、速度の差だけで70分対30分という値を必ず再現できるとは限りません。境界付近の行動や転換頻度も必要です。

答案例は「両集団とも明るい区画に70%滞在した。Aの方向記録は正の走光性を支持し、Bは方向の偏りがなく、明所での低い速度が滞在の長さに寄与する可能性がある」です。70%を時間に戻すと100分中70分となり、暗い区画の30分と合わせて100分です。

対照として、明暗を左右で入れ替え、開始位置や区画の形をそろえます。方向と速度を同時に記録すれば、光源へ向かう区間の割合と区画別速度を独立に比較できます。観察者が見失った区間を勝手に直線で補うと、方向転換を少なく見積もるおそれがあります。観察不能な区間は除外数を記録し、両条件で欠測の程度も比べます。

発展例題：グラフと別の説明を照合する

ある集団について、光源側への移動区間の割合を時間ごとに調べた自作資料です。各時点には別々の20区間が含まれます。0分では10区間、5分では14区間、10分では16区間が光源側でした。光源を反対側に置き換えた別の観察では、置換後の20区間中15区間が新しい光源側でした。なお、照明以外の位置条件は変わらないものとします。

問1　0分、5分、10分の割合を整数の百分率で求め、横軸を時間、縦軸を割合とするグラフの変化を述べてください。問2　置換後の結果が、固定された壁側への移動という説明に対して何を示すか、80字程度で述べてください。

割合は順に50%、70%、80%です。時間と割合を対応させると、点は(0分, 50%)、(5分, 70%)、(10分, 80%)です。0分から5分では20ポイント、5分から10分では10ポイント増えています。増加は読み取れますが、点の間をどのように変化したかはこの資料だけでは確定しません。0分から10分まで、個々の動物が継続して同じ行動を示したとも限りません。

置換後は(15)/(20)・100 = 75%が新しい光源側です。固定された壁側に進むだけなら、光源を反対側へ移しても移動の偏りは壁側に残るはずです。新しい光源側への偏りは、その単純な説明に反し、光源の方向に関連した移動を支持します。各割合を20区間へ戻すと10、14、16、15区間となり、元の資料と一致します。

ただし、光源の置換に伴う影や熱の変化が残るなら、光だけが原因とは断定できません。位置を入れ替えた複数の試行で、それらの条件も確認します。試行順による変化を防ぐため、光源の左右の順序を組み合わせて比較する設計も考えられます。これは動物の扱い方を示す手順ではなく、資料の因果関係を検討するための条件整理です。

条件表にすると、固定した壁への偏りという予測は、光源を反転しても移動の偏りは反転しない、となります。光源の方向に関係するという予測は、置換後も新しい光源側への偏りが残る、となります。観察値を2つの予測に照らす方法は、グラフの増加だけに注目する方法とは別の解き方です。

間違えた答えを直す

図3は、同じ明所滞在の偏りに対して、移動の向きと速度という別の資料を重ねる関係を示しています。矢印は資料から次の判断へ進む向きを表します。滞在時間から直接、走性へ矢印を引くと、途中の観察が欠けます。

誤答「明るい側に長くいたので正の走光性です」。原因は、最終的な分布と、その分布に至る方向を同一視したことです。修正すると「明るい側への滞在が長い。正の走光性かどうかは、光源に対する移動方向を調べる必要がある」です。明所で遅く動くという別の説明を残せます。

誤答「光源が右にある実験で右へ進んだので、どこでも右へ進む走性です」。原因は、紙面の方向を刺激との関係に変えなかったことです。光源を左へ移した記録も調べ、左向きが増えるか比べます。刺激源に対する向きがそろうなら、固定された右方向への偏りとは異なります。

誤答「光源側の割合が増えたので、速度も必ず上がった」です。方向の割合は速度を測っていません。距離と経過時間の記録を加え、同じ条件で比較して初めて速度差を判断できます。方向を正しく読めても、別の量を資料なしに補うと結論は広がりすぎます。

練習：記録を分類する

次の数値と場面はすべて練習用に作ったものです。割合は整数の百分率、時間は分で答えてください。記述は各問に示した語を含め、60字程度を目安にします。

1. 光源を上に置いた24試行のうち、光源側が15回、反対側が6回、判定不能が3回でした。光源側の割合を、全試行を分母として小数第1位を四捨五入した整数の百分率で求めてください。
2. 光源を下に移すと、別の24試行中、光源側が16回、反対側が5回、判定不能が3回でした。問1と合わせ、方向の傾向を「光源」「正の走光性」で述べてください。
3. 80分の観察で暗い区画に52分、明るい区画に28分いました。暗い区画の滞在割合と明るい区画の時間を求め、滞在だけから負の走光性と断定できるか述べてください。
4. 明所での移動距離が6分間に12 cm、暗所では同じ6分間に30 cmでした。各区画の平均速度を整数のcm/minで求め、明所での長い滞在を説明する可能性を「速度」で述べてください。
5. 同じ集団の光源側への移動割合は、光源が左のとき65%、右のとき60%でした。各条件は20区間です。各条件の光源側の区間数を求め、「壁」を使って、固定された左壁への偏りという説明を検討してください。

練習の答えと考え方

1. (15)/(24)・100 = 62.5%なので、指定された丸め方で63%です。丸める前の62.5%を24区間に戻すと15回です。判定不能の3回も全試行に含まれます。
2. 光源が上でも下でも光源側が反対側より多く、正の走光性を支持します。上では15回と6回、下では16回と5回を比較します。光源側の方向が置換に伴い変わる点が重要です。
3. (52)/(80)・100 = 65%です。明るい区画は80 − 52 = 28分で、与えられた値に戻ります。暗所への滞在が長いことは言えますが、移動方向の記録がないため負の走光性とは断定できません。
4. 明所は(12)/(6) = 2 cm/min、暗所は(30)/(6) = 5 cm/minです。各速度に6分を掛けると12 cmと30 cmに戻ります。明所で速度が低いことは長い滞在に寄与する可能性がありますが、それだけで実際の滞在時間は決まりません。
5. 左は20・0.65 = 13区間、右は20・0.60 = 12区間です。左壁に固定して向かうだけなら、光源が右のときは光源側への偏りを説明しにくくなります。12区間を20区間で割ると60%となり、資料に戻ります。光源以外の条件がそろっているかも確認します。

要点

• 走性は刺激の方向に対する移動方向で正負を判定します。
• 滞在時間の偏りだけでは方向を伴う応答と速度変化を区別できません。
• 光源の位置を変え、方向、速度、対照条件を照合します。

答案のどこで迷ったか

個別指導で確かめるなら、まず本人に各出発点から光源への矢印を描いてもらいます。紙の上下左右をそのまま答えていれば、刺激を基準に向きを変換する箇所から見直します。次に、滞在時間の表だけを示し、方向の結論に必要な追加資料を尋ねます。速度の記録や軌跡を挙げられれば、結果と原因を分けて考えられています。最後に、光源を反転した対照で何が反転すれば説明を支持するかを言葉にします。向きの基準と観察された事実をそろえることで、定位と走性の答案は根拠を持ちます。