【生物】生物多様性と保全を図解で総まとめ—3つの多様性・絶滅の渦・外来生物・生態系サービス｜武蔵野個別指導塾

3つの多様性を図で区別し、個体群の縮小が絶滅につながるしくみを追います。種数の比較や保全策を選ぶ例題から、外来生物と生態系サービスの関係まで学べます。

よくあるのは、模試会場の入口で最後に用語を見直し、「生物多様性とは生物の種類が多いこと」と覚えていたのに、同じ種の個体どうしの違いも保全する理由を問われ、説明が止まってしまうという場面です。種数を数えることは大切ですが、それだけでは、同じ種がたくさんいる森林と、異なる環境がつながる地域の価値を読み取れません。

この単元では、何の違いに注目しているのかを整理し、その違いが失われる原因と保全の方法を結びつけます。「数を増やせば解決する」「外来生物はすべて同じように有害である」といった短い説明を、条件に合わせて直せるようになることが目標です。保全を善意の話だけで終わらせず、個体群の大きさ、繁殖、食物網、生息場所という生物学の言葉で説明していきましょう。

この単元で身につけること

• 遺伝的多様性、種の多様性、生態系の多様性を区別します。同じ種の内部、異なる種の集まり、生物と環境のまとまりという、比較する対象の違いを押さえます。
• 個体群の縮小と絶滅の渦を因果関係で説明します。生息場所の減少が最初の原因でも、その後に繁殖や遺伝的多様性の問題が重なることがあります。
• 外来生物と撹乱の意味を理解します。生物がどこから、どのように移動したかと、移動先でどんな影響を与えたかを分けて考えます。
• 生態系サービスを具体例で分類します。食料のように取り出す物だけでなく、環境の調節や文化的な価値も生態系との関係に含めます。
• 保全策を原因に対応させて選びます。生息域内での保全と生息域外での保全を区別し、対策の後に何を調べれば効果を判断できるかまで考えます。

生物基礎で学んだ生態系のつり合いに、個体群、種間関係、遺伝情報の知識を重ねると、保全策の理由を具体的に書けます。用語を単独で暗記する段階から、「この変化が起きると、次に何が起こりやすくなるか」を追う段階へ進みます。

基本の考え方

3つの多様性は比較する対象が違います

生物多様性とは、生物のさまざまな違いと、生物がつくる多様なまとまりを捉える考え方です。教科書では、遺伝的多様性、種の多様性、生態系の多様性という3つの水準で説明されます。これらは別々の場所にあるものではなく、同じ地域を異なる尺度で見たときにも見いだせます。

遺伝的多様性は、同じ種の個体間や個体群間に見られる遺伝的な違いです。遺伝子の同じ位置にある異なる型を対立遺伝子といいます。同じ種の植物でも、個体によって持つ対立遺伝子の組合せが異なることがあります。ただし、背丈や葉の色が違えば必ず遺伝的な違いがある、とはいえません。光、水、栄養などの環境の違いでも形質は変わるため、見た目だけで遺伝的多様性を決めないことが必要です。

種の多様性は、ある地域にどのような種が、どのくらいの割合で存在するかに関わります。種数が多いかどうかは基本的な手掛かりです。一方、同じ種数でも、特定の1種ばかりが多い群集と、それぞれの種が比較的偏りなく存在する群集では、構成が異なります。種の豊富さと個体数の偏りを両方見ると、種数だけでは見えなかった違いを説明できます。高校の問題では、計算方法が指定されていなければ、独自の多様性の点数を作る必要はありません。

生態系の多様性は、森林、草原、河川、湿地など、異なる生態系が存在することです。生態系とは、その場所の生物群集と、それを取り巻く光、水、土壌などの非生物的環境を、相互作用も含めて捉えたまとまりです。同じ地域で森林が残っていても湿地が失われれば、湿地に依存する生物の生息場所が減ります。「緑の面積が変わらない」ことと、「生態系の多様性が保たれた」ことは同じではありません。

図1のように、同じ種の中の違い、異なる種の存在、異なる生態系の存在を分けて読むと、問題文の分類がしやすくなります。左の同じ形は同じ種を、色の違いは遺伝的な違いを表す記号です。中央では形の違いが異なる種を表しており、実際の体の形から種を判定する図ではありません。

多様性があると、環境の変化に対して個体や種が異なる応答を示す可能性があります。たとえば、ある環境で不利になる個体がいても、別の遺伝的性質を持つ個体が生き残り、繁殖する場合があります。ただし、多様性が高ければどんな変化にも耐えられる、という保証ではありません。変化の大きさや速さ、生物が必要とする環境も合わせて考えます。

多様性を失わせる原因をつながりで考えます

絶滅とは、ある種の個体が地球上からいなくなることです。ある地域だけからその種がいなくなる場合は、地域的な絶滅として区別します。個体群とは、ある場所に生活する同じ種の個体の集まりです。地域の個体群が失われても、別の地域に個体がいれば種全体が絶滅したことにはなりませんが、その地域に特有の遺伝的な違いや生態系での役割は失われる可能性があります。

開発による生息場所の減少、過度の捕獲、汚染、気候の変化などは、個体群を小さくする要因になります。さらに、生息場所の分断では、生息できる面積が残っていても、道路などによって個体が移動しにくくなります。移動先での繁殖を通した遺伝子のやり取りを遺伝子流動といい、分断によってこれが制限されることがあります。

小さな個体群では、偶然によって対立遺伝子の頻度が変わる遺伝的浮動の影響が大きくなります。まれな対立遺伝子を持つ個体がたまたま子を残さなければ、その対立遺伝子が個体群から失われることがあります。また、近縁な個体どうしの交配である近親交配が起こりやすくなります。近親交配では、有害な潜性の対立遺伝子を同じ遺伝子座に2つ持つ個体が生じやすくなり、生存や繁殖に不利な影響が現れる場合があります。近親交配そのものが、必要に応じて有害な突然変異を作るわけではありません。

生態系サービスと保全の方法

生態系サービスとは、人間が生態系から受ける恵みです。教科書では、食料や木材などを得る供給サービス、気候の調節や水質の浄化などの調整サービス、自然の景観やレクリエーションなどの文化的サービス、土壌形成や物質循環など他のサービスを支える基盤サービスに分けて説明されます。同じ森林も、木材を生産し、水の流れに影響し、散策の場所になるため、1つのサービスだけを持つわけではありません。

この分類では、人間に何をもたらすかに注目します。受粉を介して作物生産を支えるはたらきは調整サービス、収穫する作物そのものは供給サービスです。同じ出来事の連続でも、どこを取り上げて問うかで答えが変わります。また、人間にとっての利用価値だけで、生物を残す意味がすべて説明できるわけでもありません。種の存続や将来世代に選択肢を残すことも、保全を考える視点になります。

生息域内保全は、その生物が本来生活する場所で、生息環境や他の生物との関係も含めて守る方法です。生息域外保全は、動物園、植物園、種子を保存する施設など、本来の生息場所の外で個体や遺伝資源を保存する方法です。後者は緊急の減少への備えになりますが、飼育下で数が増えただけでは野外での存続は保証されません。野外へ戻す場合には、減少の原因が取り除かれているか、適した生息環境があるかを確かめる必要があります。

例題で解き方を確かめる

例題1　種数と個体数の偏りを読み取る

同じ面積を同じ方法で調べた地点Pと地点Qで、植物A、B、C、Dの個体数を記録しました。Pでは順に10、10、10、10個体、Qでは34、2、2、2個体でした。両地点の種数と総個体数を求め、種の構成の違いを説明しましょう。ここではすべての個体を記録できたものとします。

1. 個体が存在する種を数えます。両地点ともA〜Dの4種があり、個体数の合計を種数として数えないために、先に種の有無を確かめます。
2. 各種の個体数を合計します。Pは10＋10＋10＋10＝40個体、Qは34＋2＋2＋2＝40個体です。総個体数の違いによる比較ではないことがわかります。
3. 各種の割合を比べます。Pでは各種が10÷40×100＝25％、QではAが34÷40×100＝85％です。QはAへの偏りが大きく、Pは個体数が均等です。

答え：両地点とも4種、40個体で、種数は同じですが、Pのほうが各種の個体数の偏りが小さいです。

この結果だけから、Pをあらゆる目的で優先して保全すべきだとは決められません。Qに地域で希少な種がいるか、その場所に特有の環境があるかなど、別の情報も必要です。データが示す比較と、追加の判断を分けて書くことが、考察問題の精度を上げます。

例題2　絶滅の渦の因果関係を説明する

ある動物の個体群が、生息場所の減少によって200個体から50個体になりました。その後、近親交配が起こりやすくなり、繁殖の成功率が低下しました。最初の個体数の減少率を求め、その後にさらに減少が進みうる理由を説明しましょう。

1. 減った個体数を求めます。200−50＝150個体です。減少率では「減った数」を使うため、現在残っている50個体をそのまま分子に置かないようにします。
2. 最初の個体数で割ります。150÷200×100＝75％です。50÷200×100＝25％は残った割合であり、減少率ではありません。
3. 小さくなったことの影響をたどります。近親交配によって有害な潜性形質が現れやすくなる場合や、遺伝的浮動によって遺伝的多様性が低下する場合があります。これらが生存や繁殖の不利につながれば、さらに個体数が減る方向にはたらきます。

答え：減少率は75％で、個体群の縮小が遺伝的な問題などを通じて繁殖や生存を不利にし、さらに縮小を招く可能性があります。

図2のような、個体群の縮小とその不利な影響が互いに強め合う悪循環を絶滅の渦といいます。図の矢印は、必ず同じ速さで進む運命を表しているのではなく、起こりうる因果関係を表します。左側には、子の数や性比がたまたま偏るといった偶然の影響も含まれます。

少数の個体しかいないと、偶然生まれた子が片方の性に偏るだけでも繁殖相手を得にくくなります。洪水などで同じ数の個体が失われた場合も、小さな個体群ほど受ける割合の影響が大きくなります。遺伝的要因だけを覚えるのではなく、繁殖相手の不足、環境の変動、偶然の出来事も重なることを理解しましょう。

例題3　外来生物の影響と保全策を対応させる

人が別の地域から持ち込んだ魚Xが池で増え、もともとその池にいた小型動物Yが減りました。観察からXがYを捕食することがわかっています。この情報からいえることと、対策の効果を調べるために必要な観察を答えましょう。

1. 外来生物に当たる理由を確かめます。外来生物とは、人間の活動によって本来の分布域の外へ導入された生物です。外国から来たかどうかではなく、本来の分布域と人による移動に注目します。
2. Yが減るしくみを問題文から選びます。この設問では捕食の事実が示されているため、Xによる捕食が減少の一因になっている可能性を述べます。観察されていない競争や交雑を、この池で起きた事実として加えてはいけません。
3. 対策と評価を対応させます。Xの新たな持込みや拡散を防ぎ、専門的な管理の下でXを減らす対策を考えます。その前後でXとYの個体数を同じ方法で追い、水質など他の条件も記録します。可能なら条件の似た比較対象も調べると、季節変化との区別に役立ちます。

答え：Xによる捕食がYの減少の一因である可能性があり、導入・拡散の防止や管理の効果はXとYの個体数と環境条件を継続して調べて判断します。

外来生物は、捕食以外にも、資源をめぐる競争、在来生物との交雑、病原体の持込みなどを通じて影響することがあります。ただし、外来生物であることだけで、重大な影響がすでに起きているとは断定できません。影響のしくみと根拠を確認し、個人の判断で別の場所に放すことを対策にしないでください。

例題4　生態系サービスと保全方法を組み合わせる

湿地の植物や土壌によって水中の物質が取り込まれ、水質が浄化されています。また、そこで暮らす希少な植物について、湿地の水位を維持する管理と、施設で種子を保存する取り組みを行っています。サービスの種類と2つの保全方法を答えましょう。

1. 人間が受ける恵みを言葉にします。この場合は植物を収穫することではなく、水質が調節されることなので、調整サービスに分類します。
2. 保全を行う場所を確かめます。湿地で水位を維持する管理は、生物が生活する場所そのものを守るため、生息域内保全です。
3. 保存施設の役割を区別します。生息場所の外で種子を保存する方法は生息域外保全です。施設での保存は消失への備えになりますが、湿地での発芽、成長、繁殖を支える環境管理も必要です。

答え：水質の浄化は調整サービス、水位を維持する管理は生息域内保全、施設での種子保存は生息域外保全です。

水質の浄化にも限界があり、どれだけ汚染物質が流入しても処理できるとは考えません。また、保存した種子が将来も発芽できるかを確かめるなど、保全方法ごとに効果の確認が必要です。名前を分類した後に、何を維持できたら成功と判断するかを添えると、説明が具体的になります。

つまずきやすいところと直し方

誤り1　個体数が戻れば遺伝的多様性も元に戻ります

誤った書き方：「200個体が20個体に減った後、200個体まで増えたので、遺伝的多様性も完全に回復した」。この書き方は、個体の数と、その個体が持つ遺伝的な違いを同一視しています。個体群が急激に小さくなることで、偶然に遺伝的多様性が失われることを、びん首効果といいます。

どこが違うかというと、生き残った個体にない対立遺伝子は、その個体の子孫が増えるだけでは元のとおりに復元されない点です。正しい書き方は「個体数が回復しても、減少時に失われた遺伝的多様性が回復したとは限らない」です。確認には個体数の記録に加えて遺伝的な情報が必要であり、頭数だけを保全の成功の基準にしないことが大切です。

誤り2　生息面積が同じなら分断の影響はありません

誤った書き方：「森林の合計面積が同じなら、連続していても分断されていても動物への影響は同じ」。どこが違うかというと、移動や繁殖のしやすさを見落としている点です。図3の上段では2つの生息地が離れ、下段では生態回廊と呼ばれる移動経路がつながっています。どちらも概念を示す模式図で、実際の地形の面積比較ではありません。

正しい書き方は「生息面積だけでなく、生息地間の移動と繁殖が可能かも確認する」です。生態回廊によって個体の移動が可能になると、地域的に失われた個体群の再定着や、繁殖を通じた遺伝子流動を助ける場合があります。ただし、線を引けばすべての生物が利用できるわけではありません。対象種に必要な植生や幅、道路横断の危険などを考え、実際に移動しているか調べます。病原体や外来生物の拡散につながる可能性もあるため、接続の効果は対象と場所によって評価します。

誤り3　撹乱はすべてなくせばよいです

誤った書き方：「撹乱は生態系を壊すので、洪水や草刈りをすべてなくすことが保全になる」。撹乱とは、生物群集の構造や環境を変化させる出来事で、洪水や火災などの自然の作用も、人間による作用も含まれます。どこが違うかというと、その場所の生物がどのような環境変化の下で生活してきたかを考えていない点です。

正しい書き方は「撹乱の種類、強さ、頻度と、それに対する生物の応答を調べて保全策を決める」です。河川の増水で裸地が生じ、そこを利用する植物が生育する場合があります。また、草刈りなどで維持されてきた草地では、管理をやめると植生が移り変わる遷移が進み、草地に依存する生物が減ることがあります。一方で、強すぎる撹乱や繰り返しすぎる撹乱は生物の存続を難しくします。「人が手を加えない」という1つの方針を、どの生態系にも当てはめないようにしましょう。

練習問題

練習1

次の3つが主に表す多様性を答えましょう。アは、同じ種の樹木の集団で複数の対立遺伝子が保たれていることです。イは、ある地域に森林、河川、湿地があることです。ウは、同じ面積の草地に多くの種類の植物が生育していることです。

練習2

ある個体群が120個体から30個体に減りました。減少率と残った割合をそれぞれ求めましょう。その後120個体に回復したとしても、遺伝的多様性が元に戻ったとはいえない理由も説明しましょう。

練習3

ある森林について、アは木材を得ること、イは自然観察を楽しむこと、ウは土壌形成が他のサービスを支えることを述べています。それぞれのサービスを分類しましょう。また、同じ森林のサービスを1種類だけに決められるか答えましょう。

練習4

道路で分断された生息地にいる動物について、移動経路を設ける案が出ました。この案が改善を目指す問題を1つと、設置後に調べる事項を2つ挙げましょう。別の案である施設での飼育繁殖が、生息域内保全と生息域外保全のどちらに当たるかも答えましょう。

答えと解説

練習1の答えは、アが遺伝的多様性、イが生態系の多様性、ウが種の多様性です。アでは同じ種の内部、イでは生物と環境のまとまり、ウでは異なる種を比べています。「多くあるもの」が個体なのか種なのか生態系なのかを確かめると分類できます。

練習2の答えは、減少率が75％、残った割合が25％です。減少率は（120−30）÷120×100＝75％、残った割合は30÷120×100＝25％と求めます。減少したときに失われた対立遺伝子は、生き残った個体の子孫が増えるだけでは復元されないため、個体数の回復と遺伝的多様性の回復は区別します。

練習3の答えは、アが供給サービス、イが文化的サービス、ウが基盤サービスで、同じ森林のサービスを1種類だけに決めることはできません。森林という場所の名前から分類するのではなく、その森林のどのはたらきや恵みを取り上げているかを読みます。

練習4の答えの例は、改善を目指す問題が「生息地間の移動が妨げられること」、調べる事項が「対象種が経路を利用したか」と「移動した個体が移動先で繁殖したか」です。施設での飼育繁殖は生息域外保全です。経路の利用だけでは遺伝子流動が起きた証拠として十分でないため、繁殖にも目を向けます。外来生物の移動や周辺環境の変化を調べることも、効果と影響を評価する観察として適切です。

次の単元へのつながりと家庭での確かめ方

次に進化のしくみを学ぶと、対立遺伝子の頻度が変化する原因として、自然選択と遺伝的浮動を区別します。環境に適した性質を持つ個体が子を残しやすい場合と、偶然によって子を残す個体が偏る場合は、同じ説明にはなりません。保全で扱った小さな個体群の問題は、その違いを理解する入口になります。

家庭での確かめ方の1つ目は、5分で紙に「同じ種の中」「異なる種」「異なる生態系」の3つの欄を作り、それぞれに例を1つ書くことです。最後に、個体数が多いだけでは何がわからないかを1文で添えます。2つ目は、別の5分で「生息場所の分断→移動の制限→繁殖の機会の変化」と矢印を描き、移動経路を設ける対策がどの矢印にはたらくかを指して説明することです。

個別指導で説明が止まる場合は、個体群と生物群集の違いまで戻って確かめます。近親交配の説明が曖昧な場合は、対立遺伝子と潜性形質の関係を確認してから、個体群の変化へつなげます。

まとめ

保全策を考えるときは、まず何が失われているかを定め、その原因に対応する対策を選び、対策後の変化を調べます。個体数、種数、遺伝的な違い、生息場所のつながりは、それぞれ別の情報です。答えに「保全する」と書けても、対象と原因と確認方法が抜けていれば、その方法を選ぶ理由はまだ説明できていません。

数が戻った生息地でも、失われた対立遺伝子や途切れた繁殖のつながりまで戻ったとは限りません。生物多様性の保全は、残った個体を数える地点から、その個体が次の世代を残せる条件を確かめる地点まで続きます。