高校生物 生物群集と種間関係—競争と共生の条件から共存の仕組みを考える｜武蔵野個別指導塾

単独飼育と混合飼育を比べ、資源利用や捕食が共存に及ぼす影響をたどる題材は生物群集です。

よくあるのは、別種の生物が同じ場所にいる図を見て、必ず競争していると答える場面です。場所が重なることは、関係を調べる手がかりにはなります。しかし、同じ資源を利用しているか、その資源が不足して互いの増加や生存に影響するかは、図を見ただけでは決まりません。授業ノートの実験で、何を変え、何を比べたかをたどると、答えに必要な根拠が見えてきます。

学校の範囲表で生態と環境のうち生物群集と種間関係を確かめ、授業で使った資料の条件を書き出してから取り組みます。ここでは別種間の関係と共存を扱い、同種の個体間の競争や植生の遷移を詳しく扱いません。以下の生物や数値は、考え方を確かめるための自作条件です。

資料から何を答えるか

出方の1つは、2種の関係を条件と結果から判断する型です。別々に育てた場合と一緒に育てた場合を比べ、一方または両方の生存や増殖がどう変化したかを見ます。種間競争は、同じ限られた資源を使うことなどを通じ、双方に不利益が及ぶ関係です。存在を並べただけの記録では、影響の有無までは判断できません。

2つ目は、捕食者の有無による被食者の変化を読み、群集への影響を説明する型です。捕食者が被食者を食べる直接の関係と、被食者が他種へ及ぼす影響を分けて追います。捕食者の増加と被食者の減少が同時に観察されても、それ以外の条件が変化していれば、捕食だけが原因とは断定できません。

3つ目は、資源を使う場所や時間の違いから共存の条件を考える型です。使う資源の一部が重なっていても、利用の仕方が分かれれば競争が弱まる可能性があります。答案では「違うから共存する」と結ぶ前に、何がどう違い、どの競争が弱まるのかを書きます。

関係を矢印と条件に分ける

生物群集は、ある場所に生活するさまざまな種の個体群の集まりです。個体群は同じ種の個体の集まりなので、群集の中には複数の個体群があります。種の名前を列挙するだけでなく、資源の利用や食う・食われる関係を見ると、ある種の変化が別の種へ及ぶ道筋を考えられます。

図1のように、種間競争では共通の限られた資源を利用する2種の双方に不利益が生じます。相利共生は、異なる種が共に生活する関係のうち、双方が利益を受けるものです。捕食被食では、捕食者は餌を得る一方、被食者は食べられることで不利益を受けます。これらの符号は、その関係による影響を整理する目印です。ある環境で観察された影響を、条件の異なる場所でも必ず同じと決めることはできません。

図1のように関係を分けたら、各種に何が起きるかを文章に戻します。たとえば相利共生で片方の利益しか資料に示されていなければ、もう片方にも利益があると勝手に補いません。比較する相手がいない結果では、増えたこと自体は読めても、相手の存在が増加を助けたかは特定できません。

ニッチは、生物が群集の中で占める地位や役割を、利用する資源、活動する時間、他種との関係などから捉える考え方です。単に住所を表す語ではありません。同じ池に住んでいても、餌の大きさや採餌する深さが違えば、利用の重なりは小さくなりえます。逆に、利用が重なっても資源が十分なら、その条件で競争による不利益が観察されるとは限りません。

競争が強く続く条件では、一方が他方を排除することがあります。一方、資源の利用を分けることや、捕食者が優勢な種を抑えることは、共存を支える場合があります。どちらも常に起こる法則として書かず、資料で与えられた条件と結果に結び付けます。

単独と混合の結果を比べる

次の自作資料を使います。水槽内の餌と水量、観察期間などをそろえ、種Aと種Bをそれぞれ単独で、また同じ水槽で育てました。各水槽に入れる各種の初めの個体数は10個体です。終了時の個体数は、単独ではAが30個体、Bが25個体、混合ではAが18個体、Bが15個体でした。両種は共通の限られた餌を利用し、他の影響はないものとします。

問いは、各種の単独に対する混合での減少数を整数で求め、関係を「資源」「双方」を使って1文で説明することです。図2のように、同じ種の単独と混合を横に並べます。AとBを直接比べるより、相手がいることによる各種の変化が追いやすくなります。

Aの減少数は30 − 18 = 12個体です。Bの減少数は25 − 15 = 10個体です。図2のように両種とも単独時より混合時の個体数が少なく、問題文は共通の餌が限られ、他の影響はないと定めています。したがって「共通の限られた資源を利用することで双方に不利益が生じる種間競争」と説明できます。

答えを条件へ戻します。Aの混合時18個体に減少分12個体を加えると単独時の30個体、Bの15個体に10個体を加えると25個体になります。個体数はいずれも整数です。減少数は終了時の比較であり、初めから何個体死んだかを表す数ではありません。期間中の出生と死亡は、この資料だけでは別々に求められません。

ここで「混合時にAがBより多いからAだけが競争に勝った」とするのは根拠不足です。終了時に両方が存在し、比較した期間も限られます。この後の排除の有無は示されていません。また、もし他の影響が排除されていなければ、単独と混合の差だけで餌を原因と断定することもできません。水質などの条件を調べ、餌の量を変える対照を加える必要があります。

捕食者を加えたときの分かれ目

別の自作実験では、岩の表面に付く種Cと種Dが場所を利用します。初めにCとDを同じ数ずつ置き、条件をそろえた区画を用意しました。捕食者Eを入れない区画では、観察期間の終わりにCが広がり、Dは消失しました。Eを入れた区画では、Eが主にCを食べ、CとDの両方が残りました。E以外の条件の違いはなく、各結果は繰り返し確認されたものとします。

「EがDへ及ぼした影響を、Cと場所という語を使い、2文程度で説明する」問いを考えます。まずEなしではCが広がりDが消えています。EありではCが捕食され、Dも残っています。資料の条件に沿えば、EがCを抑えた結果、Dが利用できる場所が残り、Dの存続に間接的に役立ったと考えられます。EがDに餌を与えたという説明は、観察にない経路を足しています。

ただし、CがDを排除した具体的な仕組みまで、この結果だけで確定するわけではありません。CとDが場所を使うという条件に注目し、Cを取り除く区画を加えたときDが増えるかを調べれば、Cの影響をさらに検討できます。捕食者を入れた区画で水質も変わっていた場合には、水質の変化がDに影響した可能性も残ります。その場合、Eの効果だけを取り出す結論は出せません。

両種が残ったという事実も、観察期間内の結果です。長期にわたる共存を保証するものではありません。捕食が強すぎてCを消失させる条件や、EがDも多く食べる条件では、結果が変わる可能性があります。捕食者がいるという情報に、誰をどれほど捕食するかという条件を添えることが分かれ目です。

誤答を条件へ戻す

誤答「同じ場所にいるAとBは必ず競争する」。原因は、場所の重なりと、限られた資源をめぐる不利益を同じこととして扱う点です。図3のように、まず利用する資源の重なりを調べ、次に単独と混合の比較で影響を確かめます。資源が重なるという情報も、それ自体では不利益を示しません。

図3のように問いを分けると、情報が足りない場合にも答えを作れます。「同じ場所にいるだけでは競争の有無は判断できず、資源の利用と互いへの影響を調べる」と書きます。答えが出ないことと、調べるべき条件が見えないことは別です。

別の誤答は「2種が共存したので、互いに利益を与えている」です。共存は同じ場所に両種が存続したという結果であり、相利共生は双方に利益があるという関係です。単独の場合と比べて各種がどう変わったかを調べ、双方への影響を確認します。共存と相利共生を同じ語として置き換えないようにします。

さらに「餌の種類が違うから競争は絶対にない」と書く場合もあります。餌以外の場所などを共有している可能性があり、餌の分類が違っても利用の一部が重なるかもしれません。資料で比べた資源の範囲に限って、競争が弱まる可能性として述べます。

自分で条件を読む練習

次の4問はそれぞれ独立した自作条件です。まず問題をまとめて解き、後の解答で条件と照合してください。

1. 同じ広さの区画に種Fと種Gがいます。Fは昼に花の蜜を利用し、Gは夜に同じ種類の花の蜜を利用します。蜜は時間とともに補充されるものとします。この違いが蜜をめぐる競争に及ぼしうる影響を、「時間」「重なり」を使って1文で書いてください。
2. 種Hと種Iを単独と混合で育てたところ、終了時のHは単独40個体、混合32個体、Iは単独36個体、混合27個体でした。各種について単独に対する混合での減少数を整数で求めてください。数の差以外の原因は与えられていません。
3. 種Jのある区画とない区画で、種Kの生存率がそれぞれ高く、種Kのある区画とない区画では種Jの生存率もそれぞれ高かったとします。ほかの条件は同じです。双方にとっての関係を、「利益」を使い1文で答えてください。
4. 種Lと種Mが同じ水域にいる記録だけがあります。これを根拠に「LがMを捕食する」と結論できるか答え、「観察」「関係」を使って1文で理由を書いてください。

解答と確かめ方

1. 「利用する時間が異なるため、蜜の利用の重なりが小さくなり、蜜をめぐる競争が弱まる可能性があります」。昼と夜を区別しており、その間に蜜が補充される条件も使っています。利用時間が違うだけで競争が必ず消えるとは言えません。別の資源への影響も、この条件からは判定できません。

2. Hは40 − 32 = 8個体、Iは36 − 27 = 9個体です。混合時にそれぞれ戻すと32 + 8 = 40、27 + 9 = 36となり、単独時の数に一致します。両種で混合時が少ないことは読めますが、原因となる資源や他の影響が示されていないので、差の理由を断定しません。個体数の差と競争の原因の説明を別々に採点します。

3. 「JとKは互いの存在によって利益を受ける相利共生の関係です」。Jの有無によるKの生存率を比べ、次にKの有無によるJの生存率を比べます。双方の比較で相手がいる場合の生存率が高いので、与えられた条件では双方に利益があります。片方の比較だけなら、相利共生と決める根拠は足りません。

4. 「結論できません。同じ水域にいる観察だけでは、食う・食われる関係が示されていないからです」。同じ水域にいるという条件へ戻すと、捕食の記録も食物の利用も与えられていません。餌を食べる様子などを調べる必要があります。捕食が起きないと断定するのも、同様に根拠不足です。

要点を持ち帰る

種間競争は、限られた資源などを介して双方に不利益が及ぶ関係です。
相利共生は双方に利益、捕食被食は捕食者に利益、被食者に不利益があります。
ニッチの違いは、資源利用の重なりを減らして共存を支える場合があります。
比較条件をそろえ、観察期間と結果から言える範囲を守ります。

観察した種が両方残っていても、個体数が将来も維持されるとは限りません。観察した期間と、資源の供給が続く条件を答案に添えると、資料の結果と予測を区別できます。結果を説明するときは、測ったものと推測した仕組みを分けます。

答案のどこで迷ったかを探す

自分の答案を見直すときは、まず各種に向かう影響の矢印に、利益か不利益かを書き添えます。片方の矢印しか書けなければ、単独と混合のどの比較が不足しているか、資料に戻ります。個別指導で確かめる際も、正しい関係名を言えるかに加え、その名前を選んだ比較の組を説明できるかを見ます。

また、共存の説明に「餌が違う」とだけ書いた場合は、餌の種類、利用する時間、利用場所のうち、資料が何を示すかを指で追います。条件が不足していれば断定を避け、何を追加して比べるかを言葉にします。生物群集の関係は、観察された結果と比較条件を結び付けると読み取れます。