高校生物基礎 自然免疫—体の防御と食作用を侵入の順序で整理する｜武蔵野個別指導塾

皮膚と粘膜の防御から食作用、炎症へと順にたどる自然免疫です

よくあるのは、定期テスト前の高校生が、皮膚が病原体の侵入を防ぐはたらきを獲得免疫に入れるという場面です。外から身を守るという共通点に注目すると、防御のしくみの違いが見えにくくなります。皮膚は体の表面で侵入を防ぎますが、体内に侵入された後にも別の防御がはたらきます。どの場所で、何に対して、何が起こるのかを順に追うと、名前を覚えるだけでは解けなかった問題にも取り組めます。

問題では何を見分けるか

出方の1つは、皮膚や粘膜のはたらきと、体内での食作用を選び分ける問題です。皮膚が侵入を防ぐ位置は体の表面です。食作用は、食細胞が異物を取り込んで分解するはたらきです。選択肢に同じ「防御」という語があっても、場所と動作を区別してください。

もう1つは、傷の周辺で起こる変化を図や資料から読む問題です。炎症では、傷ついた場所に血液が集まり、血管から食細胞などが出て異物の排除にはたらきます。赤くなることや腫れることを、侵入した異物を排除する過程と結び付けて説明します。ただし、赤みの情報だけから原因となった異物の種類までは決められません。

理由を文章で書く問題もあります。「自然免疫だから」と名称だけを述べても、なぜその分類になるかは伝わりません。特定の病原体との過去の接触を前提とせずに働く防御であることと、そこでの具体的な動作をつなげます。問題文にない経過や測定結果を付け足さず、与えられた情報で答えられる範囲を守ることも重要です。

外側の壁から侵入後の反応へ

自然免疫は、生まれつき備わる、さまざまな異物に対する防御のしくみです。皮膚は体の表面を覆い、病原体などが体内へ入り込むのを防ぎます。呼吸器などの粘膜も外界に通じる部分を覆い、粘液などによって異物が入り込むのを防いだり外へ運んだりします。皮膚と粘膜は同じ場所ではありませんが、どちらも侵入の入口で防御に役立ちます。

図1は防御の関係を簡略化した模式図です。矢印は病原体が境界を越える向きと、その後に起こる作用の順序を示します。実際の体内の距離や細胞の大きさを表したものではありません。図1のように、まず皮膚・粘膜の防御があり、侵入された場合には食細胞の食作用などがはたらきます。

食細胞は、病原体などの異物を包み込むようにして細胞内に取り込み、分解します。この一連のはたらきが食作用です。マクロファージや好中球は食作用を行う細胞の例です。名称を並べる前に、食細胞が何を取り込み、どうするのかを言えるようにしましょう。

傷口などから異物が入ると、その周辺では炎症が起こることがあります。炎症に伴って血管が広がり、血液が集まると赤みや熱感が生じます。また、血管の壁を通って血しょうの成分が周囲に出やすくなることなどにより腫れが生じ、食細胞も血管から周辺の組織へ移動して異物の排除にはたらきます。炎症の見かけの変化と、そこで進む防御を別々に捉えてから結ぶと説明しやすくなります。

獲得免疫は、特定の異物に対してはたらくしくみで、免疫記憶にも関わります。皮膚の表面で侵入を防ぐことを、特定の異物に対する過去の接触によって新たに獲得した防御と取り違えないようにします。抗体などの詳しいしくみはここでは扱いません。

基本例題：防御の場所と動作を対応させる

次は理解のために作った資料です。AからCは体の防御に関する出来事を並べたもので、実験の測定結果ではありません。それぞれに対応する語を、語群から1つずつ選び、記号と語の組で答えてください。同じ語は繰り返し使いません。

語群：炎症、皮膚の防御、食作用

図2は資料の動作を模式的に対応させたものです。矢印は、それぞれの場面で防御がはたらく方向または作用を示します。図2の上から順に、場所と動作を本文の資料に戻して考えます。

まずAには「体の表面を覆う」「侵入を防ぐ」とあります。体内の細胞が異物を取り込む話ではありません。語群で表面の防御を表すのは皮膚の防御です。したがってAは皮膚の防御と対応します。

次にBでは、すでに侵入した異物を細胞が取り込み、分解しています。取り込むだけで終わらず、その後の分解まで書かれている点が手がかりです。これは食作用です。皮膚のように表面で侵入を防ぐ過程と区別します。

最後にCは、傷の周辺に血液と食細胞が集まる場面です。血液が集まる変化と食細胞の移動を伴う反応として、炎症を選びます。Cに食細胞が出てきても、文が述べている中心は周辺に起こる反応であり、Bのように細胞が異物を取り込んで分解する動作そのものを問う文ではありません。

答えはAが皮膚の防御、Bが食作用、Cが炎症です。確かめると、Aの表面、Bの取り込みと分解、Cの傷の周辺という条件に、それぞれの語が戻ります。語群の3語も重複なく使われています。選ぶときには、まず資料の「表面」「取り込み」「周辺」という手がかりを囲み、各語の説明と対応させると迷いにくくなります。もしCを食作用とした場合は、取り込みと分解を中心に述べるBの対応先が残らないことに気づけます。ただし、残った語だけで機械的に選ぶのではなく、Cの血液と食細胞が集まるという記述自体も炎症に合うかを確認します。実際には炎症の場で食作用も起こり得ますが、この設問では各文が説明する中心を選びます。

条件が変わると結論も変わる

次の自作資料では、同じ異物に対して食細胞を含む液を用意し、2つの容器で観察しました。どちらも同じ量の液と異物を使い、温度や観察時間などの条件はそろえています。容器Pでは食細胞を働ける状態に保ち、容器Qでは処理によって食細胞が異物を取り込めない状態にしました。処理は食細胞の取り込み以外の条件を変えないものとします。

観察の結果、Pでは細胞内に異物が見られ、Qでは細胞内に異物が見られませんでした。この結果から支持されることを、食細胞と取り込みの両方の語を使って1文で述べてください。また、Qの結果だけから「異物は必ず増殖した」と言えるかを、理由とともに答えてください。

PとQの違いは、食細胞が異物を取り込めるかどうかです。Pでは細胞内に異物が見え、取り込めないようにしたQでは見えません。したがって、食細胞が異物を取り込むことが、Pで細胞内に異物が見られたことを説明する、という答えが支持されます。結果を条件へ戻すと、働けるPで取り込みが見え、取り込めないQでは見えないので、観察と矛盾しません。

ただし、細胞内に見られなかったことは、異物が増殖したことを意味しません。Qについて示されたのは細胞内での観察結果であり、容器全体の異物の数の変化は示されていないからです。したがって、必ず増殖したとは言えません。細胞外に残っている可能性もありますが、その量や増減をこの資料から決めることもできません。

ここが判断の分かれ目です。「細胞内に見えるか」という情報から、取り込みについては考察できます。一方、「異物が何個に増えたか」という問いには、観察前後の個数など別の情報が必要です。また、Pでの細胞内への取り込みは食作用に関わりますが、この観察だけで取り込まれた異物が分解されたかどうかまでは直接確認できません。知っている食作用の定義と、資料が実際に示す結果を混ぜないことが大切です。

誤答を動作の順に直す

誤答の例は「皮膚は以前に出会った病原体を覚えて防ぐので、獲得免疫である」です。原因は、体を守ることをすべて免疫記憶と結び付けてしまうことです。皮膚の防御は体の表面で侵入を防ぐ自然免疫の一部として整理します。過去の接触を理由に付け足す必要はありません。

図3は2つの防御を区別するための模式図です。左の矢印は表面で侵入が妨げられること、右の矢印は異物が細胞に取り込まれる作用を示します。図3のように、表面の防御と食作用を別の動作として読み直すと、誤答の原因を見つけやすくなります。

別の誤答は「食細胞が異物に近づいたので、食作用によって分解された」です。近づいたという情報は取り込みや分解の完了を示していません。取り込んだこと、さらに分解したことまで資料で示された場合に、それぞれの過程として記述します。観察された段階と、知識として知っている後の段階を分けるのが修正の手順です。

「炎症で赤くなったから、異物の種類が特定できる」という答えも行き過ぎです。赤みは局所に血液が集まることと関係しますが、赤みだけでは異物の種類は決まりません。何がわかるかを問われたら、観察された変化に線を引き、その変化を説明する根拠が資料にあるか確認してください。

自分で確かめる4問

次の問題はすべて練習用に作ったものです。まず4問を続けて解き、その後で解答を読みます。各問では、示された条件を超える結論を出さないようにします。

問1　鼻の中を覆う粘膜で、粘液が外から入った異物を捕らえ、外へ運ぶのを助けています。この防御が主にはたらく場所を「体の表面に近い入口」または「細胞の中」から選び、その働きを1文で答えてください。

問2　食細胞のはたらきを表す次のアからウを、一般的な順に記号で並べてください。アは細胞内で異物を分解する、イは異物を取り込む、ウは異物に接する、です。3つとも使って答えます。

問3　皮膚に小さな傷ができ、その周辺に血液が集まり、食細胞が組織へ移動しました。この局所の反応を何と呼ぶか、語で答えてください。また、食細胞がそこで行う防御を、異物という語を使って1文で答えてください。

問4　食細胞を含む液と異物を混ぜて観察したところ、ある細胞の中に異物が見えました。観察された事実として適切なものを次のカからクから1つ選び、記号と理由を答えてください。カ：異物が細胞内にある。キ：異物はすべて分解された。ク：異物の数は観察前の2倍になった。

4問の解答と確かめ方

問1の答えは「体の表面に近い入口」です。粘膜と粘液が、外から入る異物を捕らえ、外へ運ぶのを助けると書けます。条件に戻すと、問題は鼻の中を覆う粘膜を扱っており、細胞が異物を内部へ取り込んだとは述べていません。場所と動作の両方が一致します。

問2の答えはウ、イ、アです。まず異物に接し、次に細胞内へ取り込み、その後に分解します。逆順にすると、取り込む前に細胞内で分解したことになり、問題の3つの動作の関係に合いません。3記号がそれぞれ1回ずつ使われていることも確かめます。

問3の反応は炎症です。食細胞が異物を取り込み、分解して排除にはたらく、と答えます。傷の周辺に血液が集まり、食細胞が組織へ移動したという条件は炎症の説明に対応します。移動したという記述だけでは個々の異物がすでに分解されたとは決められないため、解答はそこで食細胞が行う防御を述べています。

問4の答えはカです。問題に示された観察が、ある細胞の中に異物が見えたことだからです。キは分解の完了と対象の範囲を、クは観察前後の個数を、それぞれ新たに主張しています。いずれも与えられた観察からは決められません。カを問題に戻すと、細胞内で異物が見えたという事実と一致します。

4行で残す要点

皮膚と粘膜は、外からの侵入を防ぐ自然免疫に関わります。 食作用では、食細胞が異物を取り込み、分解します。 炎症では局所に血液や食細胞が集まり、異物の排除に関わります。 資料が示す事実と、そこから推測できる範囲を分けます。

つまずきの場所を見つけるには

皮膚の防御を獲得免疫と書いたときは、「どこで、何を防いでいるか」を図1に沿って声に出してみましょう。表面で侵入を防ぐ動作と、体内で異物を取り込む動作を指でたどれれば、名前の混同を見つけられます。食作用の説明が「食べる」で止まる場合は、取り込みと分解を順に言い直します。

個別指導では、資料の条件に線を引き、観察結果と推測を別の欄に置いて説明できるかを確かめます。炎症の図なら、血液や食細胞が集まる方向と、それが異物の排除にどう関わるかを言葉でつなぎます。結論を条件に戻して矛盾がないか確かめる習慣が、自然免疫の記述を支えます。