日本生物学オリンピック 2019

日本生物学オリンピック 2019

第 31 回国際生物学オリンピック（長崎大会）

代表選抜試験 第１部（記述式理論問題）

2020 年 3 月 20 日（金、休日） 9:20-11:40

注 意

1. 各問題文を読んで、題意に沿った解答を、文章（指定された場合は、図、表）に よって解答しなさい。

2. 解答は、問題ごとに指定された解答用紙に記入しなさい。字数制限は特にありま せん。

3. 学術用語は、日本語または英語で正しく用いなさい。

4. 解答時間は、 2 時間 20 分とします。

5. すべての解答用紙に、問題番号、受験番号、氏名を記入しなさい。

6. 問題は全部で 7 問あり、その中には小問がいくつかあります。

7. 問題冊子は試験終了後持ち帰って下さい。

受験番号 氏名

第 １ 問 （ 細 胞 生 物 学 ）

次 の 文 を 読 み 、 問 1 ～ 問 ３ に 答 え な さ い 。

生 物 と 非 生 物 を 区 別 す る 性 質 の 一 つ に 生 物 が 自 分 自 身 を 構 成 す る 細 胞 と 同 じ 細 胞 を 自 己 複 製 す る 能 力 が あ る か ど う か に あ る 。 生 命 の 連 続 性 は 細 胞 の 自 己 複 製 、す な わ ち 細 胞 分 裂 に よ っ て 行 わ れ て い る 。し か し な が ら 細 胞 分 裂 は 細 胞 周 期 の 一 部 の 過 程 で あ る 。 細 胞 は 分 裂 を 繰 り 返 し て 自 己 複 製 を し て 行 く が 、 こ の 時 D N A 複 製 も 行 う 。 こ の 様 に し て 細 胞 増 殖 は 行 な わ れ る が 、 体 を 構 成 す る に は そ れ ぞ れ の 細 胞 が そ の 後 分 化 し 構 造 と 機 能 を 持 た な け れ ば な ら な い 。 つ ま り 細 胞 分 化 が 必 要 で あ る 。こ こ で は 動 物 細 胞 を 例 に と り 、細 胞 が 細 胞 分 裂 ・ 増 殖 を し 、細 胞 分 化 を 繰 り 返 し な が ら や が て 、 有 機 体 と し て 一 つ の 個 体 を 作 り 上 げ て 行 く 過 程 に つ い て 考 え る 。

問 １ （ ア ）細 胞 分 裂 と 細 胞 周 期 の 関 係 を 模 式 図 で 示 し て 、( イ ) そ れ に つ い て 簡 単 に 説 明 し な さ い 。（ ウ ） 次 に 細 胞 周 期 の 制 御 に か か わ る 因 子

（ 分 子 名 ） を 二 つ あ げ な さ い 。

問 2 細 胞 分 裂 期 は い く つ か の 段 階 に 分 け ら れ る 。そ れ ぞ れ の 段 階 で ど の よ う な 変 化 が 見 ら れ る か を 簡 単 に 述 べ な さ い 。そ の 時 、下 記 に 示 し た 用 語 を 用 い な さ い 。

動 原 体 、 紡 錘 体 、 微 小 管 、 染 色 体 、 中 心 体 、

問 ３ 細 胞 が 分 裂 し て 増 殖 し て 行 き 、そ の 後 、細 胞 は そ れ ぞ れ 、固 有 の 機 能 と 構 造 を も つ 細 胞 へ と 分 化 し て 行 く 。 細 胞 分 化 の 過 程 で は 染 色 体 の 中 の 遺 伝 情 報 を 持 つ D N A 鎖 か ら m R N A 合 成 の 転 写 が 重 要 で あ る 。下 記 の 用 語 に つ い て 簡 潔 に そ れ ぞ れ 説 明 し な さ い 。

ク ロ マ チ ン 、 ヌ ク レ オ ソ ー ム 、 ヒ ス ト ン 、 R N A ポ リ メ ラ ー ゼ

（ 第 １ 問 の 終 わ り ）

第 ２ 問 （ 遺 伝 学 ）

次 の 文 を 読 み 、 問 １ 〜 問 ６ に 答 え な さ い 。

DNA の 塩 基 配 列 の 情 報 に 基 づ い て タ ン パ ク 質 を 合 成 す る 機 構 は ， 全 て の 生 物 で 基 本 的 に は 共 通 で あ る が ，

原 核 生 物 と 真 核 生 物 と の 間 に は い く つ か の 点 で 大 き な 差 異 が あ る 。一 方 ウ イ ル ス は 、ゲ ノ ム を 構 成 す る 核 酸 は DNA だ け で は な く ， RNA の も の も あ り 、大 き さ や 形 態 は 様 々 で あ る 。

RNA ウ イ ル ス の 一 種 で あ る HIV ウ イ ル ス は ，ウ イ ル ス 外 被 の 糖 タ ン パ ク 質 に よ り ， ヒ ト の リ ン パ 球 T 細 胞 の 表 面 に 存 在 す る C ^{受 容 体 に 接} 着 し ，

そ の 細 胞 に 侵 入 し ，

ヒ ト の ゲ ノ ム に 自 分 の 遺 伝 子 を 挿 入 す る こ と が 知 ら れ て い る 。 HIV ウ イ ル ス が 増 殖 す る と ， 免 疫 不 全 に よ る 様 々 な 病 気 を 発 症 し や す く な る （ AIDS ）。 ヒ ト 集 団 に は 野 生 型 の C 受 容 体 遺 伝 子 の 他 に ，

そ の コ ー ド 領 域 に 32 塩 基 対 の 欠 失 を も つ 変 異 型 の 対 立 遺 伝 子 c が 存 在 す る 。

こ の 遺 伝 子 の ヘ テ ロ 接 合 体 の 頻 度 は 通 常 約 20% で あ る が ， HIV に 接 触 し な が ら AIDS を 発 症 し な い ヒ ト 集 団 で の 頻 度 は 約 40% で あ る 。

図 １ に 野 生 型 の C 受 容 体 遺 伝 子 の 塩 基 配 列 の 一 部 を ， 対 応 す る ポ リ ペ プ チ ド 鎖 の ア ミ ノ 酸 ご と に 区 切 っ て 示 し た 。 配 列 の 上 の 数 字 は 対 応 す る ア ミ ノ 酸 残 基 の 番 号 を 示 し ， 野 生 型 の C 受 容 体 の 全 長 （ 352 ア ミ ノ 酸 残 基 ） の 内 の 171 番 目 （ リ シ ン ） か ら 230 番 目 （ ア ル ギ ニ ン ） に 相 当 す る 。 ま た ， 変 異 型 対 立 遺 伝 子 c の 塩 基 配 列 に お け る 欠 失 領 域 を 下 線 で 示 し た 。 mRNA と ア ミ ノ 酸 の 対 応 関 係 は 図 ２ の 通 り で あ る 。 問 １ 下 線 部 （ ア ） に つ い て ， 重 要 な 違 い を ３ 点 述 べ な さ い 。

問 ２ 下 線 部 （ イ ） に つ い て ， HIV ウ イ ル ス を 構 成 す る 物 質 の う ち ， 細 胞 に 侵 入 す る も の を 全 て 述 べ な さ い 。

問 ３ 下 線 部 （ ウ ） を 行 う た め に は ，HIV ウ イ ル ス は 細 胞 質 と 核 内 で ど

の よ う な は た ら き を す る 酵 素 を 必 要 と す る か 述 べ な さ い 。

問 ４ 下 線 部 （ エ ） に つ い て ， 変 異 型 対 立 遺 伝 子 か ら 得 ら れ る ポ リ ペ プ チ ド 鎖 の 配 列 と 長 さ を 記 し な さ い 。

問 5 下 線 部 （ オ ） の 理 由 と し て ， 考 え ら れ る こ と を 述 べ な さ い 。

問 6 下 線 部 （ オ ） で 示 し た ヘ テ ロ 接 合 体 の 頻 度 を 求 め る た め の 、 実 験 方 法 を 提 案 し な さ い 。プ ラ イ マ ー を 使 う 場 合 に は 、そ の 配 列 も 記 し な さ い 。

1 7 1

5 ’ A A A G A A G G T C T T C A T T A C A C C T G C A G C T C T

1 8 1

C A T T T T C C A T A C A G T C A G T A T C A A T T C T G G

1 9 1

A A G A A T T T C C A G A C A T T A A A G A T A G T C A T C

2 0 1

T T G G G G C T G G T C C T G C C G C T G C T T G T C A T G

2 11

G T C A T G T G C T A C T C G G G A A T C C T A A A A A C T

2 2 1

C T G C T T C G G T G T C G A A A T G A G A A G A A G A G G 3 ’

図 １

受 容 体 遺 伝 子 の 塩 基 配 列 の 一 部 と ポ リ ペ プ チ ド 鎖 の ア ミ ノ 酸 番 号

図 ２ 遺 伝 暗 号 表

（ 第 ２ 問 の 終 わ り ）

第 ３ 問 （ 植 物 生 理 学 ）

被 子 植 物 の 生 殖 お よ び 発 生 に 関 す る 次 の 文 を 読 み 、問 １ ～ 問 ３ に 答 え な さ い 。

有 性 生 殖 で は 、一 般 的 に 一 対 の 雌 雄 配 偶 子 が 融 合（ 受 精 ）し 、両 親 の 遺 伝 情 報 （ ゲ ノ ム ） を 合 わ せ も つ 受 精 卵 が 生 じ る 。

被 子 植 物 の 雌 性 配 偶 体 （ 胚 の う ） は 、 1 個 の 卵 細 胞 （ 核 相 n ）、 1 個 の 中 央 細 胞 （ 2 n ）、 2 個 の 助 細 胞 （ n ） お よ び 複 数 個 の 反 足 細 胞 （ n ） か ら な る 。雄 性 配 偶 体 で あ る 花 粉 は 、雌 ず い の 柱 頭 に 付 着 す る と 花 粉 管 を 発 芽 さ せ 、花 粉 管 は 花 柱 内 を 伸 長 す る 。そ の 後 、花 粉 管 は 助 細 胞 が 分 泌 す る ガ イ ダ ン ス 因 子 に よ っ て 胚 の う へ と 誘 引 さ れ 、2 個 の う ち の 一 方 の 助 細 胞 内 に 侵 入 す る 。 こ れ に よ り 、 花 粉 管 に よ っ て 運 ば れ て き た 2 個 の 精 細 胞 が 胚 の う 内 に 放 出 さ れ 、 そ れ ら が 卵 細 胞 お よ び 中 央 細 胞 と そ れ ぞ れ 融 合（ 受 精 ）す る こ と で 受 精 卵 と 一 次 胚 乳 細 胞 が 生 じ 、被 子 植 物 の 受 精（ 重 複 受 精 ）は 完 了 す る 。こ の よ う に 重 複 受 精 が 滞 り な く 進 行 し た 胚 の う で は 、花 粉 管 の 侵 入 を 受 け な か っ た も う 一 方 の 助 細 胞（ 未 侵 入 助 細 胞 ） が 崩 壊 す る の で 、 そ の 胚 の う に 2 本 目 の 新 た な 花 粉 管 が 誘 引 さ れ る こ と は な い 。

一 方 、精 細 胞 − 卵 細 胞 の 融 合 と 精 細 胞 − 中 央 細 胞 の 融 合 の い ず れ か 、ま た は 双 方 の 過 程 の 進 行 に 不 全 が 生 じ て 重 複 受 精 が 成 立 し な か っ た 際 は 、 未 侵 入 助 細 胞 は 崩 壊 せ ず に ガ イ ダ ン ス 因 子 の 放 出 を 続 け 、2 本 目 の 花 粉 管 を 誘 引 す る 。 こ の 2 本 目 の 花 粉 管 に よ っ て 胚 の う 内 に 新 た に 2 個 の 精 細 胞 が 運 ば れ 、配 偶 子 融 合 に 用 い ら れ る 。こ の よ う に 、被 子 植 物 は 、 1 本 目 の 花 粉 管 に よ る 受 精 不 全 を 2 本 目 の 花 粉 管 を 誘 引 す る こ と で 補 っ て お り 、 こ れ は 被 子 植 物 の 受 精 リ カ バ リ ー 機 構 の 一 つ と 考 え ら れ て い る 。

以 下 の 実 験 １ お よ び 実 験 ２ は 、 被 子 植 物 の 生 殖 お よ び 発 生 機 構 を 解

析 し た も の で あ る 。

【 実 験 １ 】

① 図 １ A お よ び B に 示 し た 配 列 を コ ー ド す る D N A を 、 遺 伝 子 組 み 換 え 技 術 を 用 い て あ る 種 の 被 子 植 物 X の ゲ ノ ム 内 に 挿 入 し 、そ れ ぞ れ を 植 物 X - A お よ び 植 物 X - B と し た 。

② 図 ２ の よ う に 、 野 生 型 の 植 物 X の 雌 ず い の 柱 頭 に 、 植 物 X - A お よ び X - B か ら 得 た 花 粉 を ほ ぼ 同 量 付 着 （ 受 粉 ） し た 。

③ 数 週 間 後 に 上 の ② の 受 粉 に よ っ て 生 じ た 種 子 の 内 部 を 蛍 光 顕 微 鏡 で 観 察 し た と こ ろ 、低 頻 度 で は あ っ た が G F P 蛍 光 を 呈 す る 胚 を も つ 種 子 が 確 認 さ れ た 。

④ 上 の ③ で 観 察 さ れ た G F P 蛍 光 を 呈 す る 胚 の 倍 数 性 を 調 べ た と こ ろ 、 3 倍 体 で あ っ た 。

図 1 植 物 X の 遺 伝 子 組 み 換 え に 用 い た D N A

（ A ） ど の 細 胞 種 に お い て も 下 流 の 遺 伝 子 を 活 発 に 発 現 さ せ る 恒 常 的 発 現 プ ロ モ ー タ ー 下 に 、転 写 因 子 I を コ ー ド す る D N A が 存 在 す る 。( B ) 転 写 因 子 I タ ン パ ク 質 が 結 合 す る と 下 流 の 遺 伝 子 が 活 発 に 発 現 さ れ る プ ロ モ ー タ ー 下 に 、 緑 色 蛍 光 タ ン パ ク 質 （ G F P ） を コ ー ド す る D N A が 存 在 す る 。

図 ２

恒常的発 現

プロモーター 転写因子 I

転写因子 I 結合プロモーター

緑色蛍光タンパク質（GFP）

A B

野 生 型 植 物

X の雌ずい

植 物

X‐A の花粉 植 物

X‐B の花粉

【 実 験 ２ 】

① 下 の 図 ３ の よ う に 、 あ る 被 子 植 物 Y の 精 細 胞 2 個 と 卵 細 胞 1 個 を 人 工 的 に 融 合 さ せ て 受 精 卵 を 作 製 し 、そ の 多 精 受 精 卵 を 培 養 し た 。

② 上 の ① で 作 出 し た 多 精 受 精 卵 は 、図 ３ の よ う に 分 裂・増 殖 し 、植 物 体 に ま で 成 長 し た 。

③ 上 の ② の 受 精 卵 、 胚 、 お よ び 植 物 体 の 倍 数 性 を 調 べ た と こ ろ 、 3 倍 体 で あ っ た 。

図 3 被 子 植 物 に お け る 多 精 受 精 卵 の 分 裂 、 発 生 、 お よ び 植 物 体 へ の 成 長

細 胞 中 の 小 丸 お よ び 楕 円 形 は 、 核 お よ び 染 色 体 を そ れ ぞ れ 示 す 。

問 1 実 験 1 に つ い て 、G F P 蛍 光 を 呈 す る 胚 が ど の よ う に し て 生 じ た と 考 え ら れ る か 、 答 え な さ い 。

問 2 問 1 で 答 え た よ う な 機 構 で 生 じ た 胚 は 、通 常 の 有 性 生 殖 で 生 じ る

胚 と は 異 な る 遺 伝 的 特 徴 を も つ 。 ど の よ う な 違 い で あ る か 、 答 え な さ

い 。

問 3 実 験 2 に 示 さ れ た よ う に 、 被 子 植 物 の 多 精 受 精 卵 は 正 常 に 分 裂 ・ 発 生 し て 個 体 へ と 成 長 す る 。一 方 、多 く の 動 物 で は 、多 精 受 精 卵 は 発 生 不 全 を 呈 し て 胚 性 致 死 と な る 。こ の 違 い は 、被 子 植 物 の 細 胞 と 動 物 細 胞 の 違 い に 起 因 し て い る と 考 え ら れ て お り 、 参 考 と し て 、 下 記 A - D に 植 物 細 胞 と 動 物 細 胞 の 違 い を 列 挙 し て あ る 。 被 子 植 物 と 動 物 で 多 精 受 精 卵 の 発 生 に 違 い が 生 じ る 理 由 を 考 え 、 答 え な さ い 。

A . 植 物 細 胞 は 細 胞 壁 を 持 つ が 、 動 物 細 胞 は 細 胞 壁 を 持 た な い 。 B . 細 胞 内 の 酸 性 コ ン パ ー ト メ ン ト と し て 、植 物 細 胞 は 液 胞 と い う 大

型 の 細 胞 内 小 器 官 を 持 っ て い る が 、 動 物 細 胞 は リ ソ ソ ー ム と 呼 ば れ る 小 型 の 細 胞 内 小 器 官 を 持 っ て い る 。

C . 動 物 細 胞 は 中 心 体 を 持 ち 、多 く の 動 物 で は 中 心 体 は 精 子 由 来 で あ る 。 一 方 、 植 物 細 胞 は 中 心 体 を 持 た な い 。

D . 植 物 細 胞 は プ ラ ス チ ド を 持 ち 、多 く の 植 物 で は プ ラ ス チ ド は 卵 細 胞 由 来 で あ る 。 一 方 、 動 物 細 胞 は プ ラ ス チ ド を 持 た な い 。

( 第 ３ 問 の 終 わ り )

第 ４ 問 （ 生 殖 生 物 学 ）

胎 盤 は 哺 乳 類 の 有 胎 盤 類 の 生 殖 に と っ て き わ め て 重 要 な 器 官 で あ る 。 胎 盤 の 進 化 と 構 造 ・ 機 能 、 生 理 に 関 す る 以 下 の 問 １ 〜 問 ３ に 答 え な さ い 。

問 １ 下 図 は 、 哺 乳 類 の 系 統 樹 で あ る 。（ ア ） と （ イ ） に 入 る 分 類 群 の 名 称 を 答 え 、（ ア ） と （ イ ） の 分 類 群 に お け る 胎 児 の 発 生 と 出 生 に つ い て 、 有 胎 盤 類 と の 違 い に 着 目 し て 説 明 し な さ い 。

問 ２ 胎 盤 に お け る 母 体 と 胎 児 の 血 液 の 流 れ に つ い て 、 胎 盤 の 形 成 過 程 に 留 意 し 、以 下 の 用 語 を 参 考 に し て 述 べ な さ い（ 必 ず し も 用 語 す べ て を 解 答 に 含 め な く て も よ い ）。 図 を 描 い て も よ い が 、 必 ず 文 章 で 説 明 す る こ と 。

参 考 に す る 用 語：胚 盤 胞 の 栄 養 外 胚 葉（ 栄 養 芽 層 ）、着 床 、子 宮 内 膜 、 血 液 プ ー ル （ 類 洞 ）、 絨 毛 、 臍 帯 （ へ そ の 緒 ）

問 ３ 胎 児 は 胎 盤 に お い て 母 体 の 血 液 か ら 酸 素 を 供 給 さ れ る 。 次 ペ ー

ジ の 図 は 、 成 体 ヘ モ グ ロ ビ ン と 胎 児 ヘ モ グ ロ ビ ン の 酸 素 飽 和 曲 線 で あ

る 。 こ の 図 に 基 づ い て 、 胎 児 が 母 体 か ら 酸 素 を 効 率 よ く 受 け 取 る 仕 組

み に つ い て 説 明 し な さ い 。

（ 第 ４ 問 の 終 わ り ）

第 ５ 問 （ 動 物 生 理 学 ）

次 の 文 を 読 み 、 問 １ ～ 問 ５ に 答 え な さ い 。

動 物 に お い て 、受 容 器 で 受 容 さ れ た 刺 激 の 情 報 は 神 経 に よ り 中 枢 へ と 送 ら れ 、中 枢 か ら 効 果 器 へ の 情 報 も 神 経 に よ り つ た え ら れ る 。神 経 系 を 構 成 す る ニ ュ ー ロ ン の 活 動 電 位 発 生 は 全 か 無 か の 法 則 に 従 い 、 興 奮 は 軸 索 上 を デ ジ タ ル 信 号 の よ う に 伝 え ら れ る 。

問 １ 1 個 の ニ ュ ー ロ ン の 活 動 電 位 発 生 は 全 か 無 か の 法 則 に し た が う が 、 私 た ち は さ ま ざ ま な 感 覚 刺 激 の 強 度 の 違 い を 感 じ 取 る こ と が で き る 。 感 覚 器 で 受 容 さ れ た 刺 激 の 強 度 は ど の よ う な 形 で 中 枢 に つ た え ら れ る か 答 え な さ い 。

問 ２ シ ナ プ ス 後 電 位 に お け る 時 間 的 加 重 と 空 間 的 加 重 と は ど の よ う な も の か 説 明 し な さ い 。

問 ３ 骨 格 筋 に お い て 1 本 の 筋 繊 維 は 1 個 の 運 動 ニ ュ ー ロ ン か ら の み シ ナ プ ス を 受 け る 。 す な わ ち ニ ュ ー ロ ン と は 異 な り 、 筋 繊 維 は 1 本 の ニ ュ ー ロ ン か ら の １ 回 の シ ナ プ ス 入 力 で 確 実 に 収 縮 す る 必 要 が あ る 。 こ の た め 運 動 ニ ュ ー ロ ン が 筋 繊 維 に 形 成 す る シ ナ プ ス は 運 動 ニ ュ ー ロ ン の 軸 索 終 末 が（ 同 一 筋 繊 維 上 で ）細 か く 分 枝 し 、筋 繊 維 の シ ナ プ ス 後 膜 も 折 れ た た ま っ て 表 面 積 を 大 き く す る 特 殊 な 構 造 を 形 成 し て い る 。

（ １ ） 下 線 部 に つ い て 、 そ の 構 造 の 名 称 を 漢 字 6 字 で 答 え な さ い 。

（ ２ ） 運 動 ニ ュ ー ロ ン か ら 放 出 さ れ る 神 経 伝 達 物 質 の 名 称 を 答 え な さ い 。

問 ４ １ 個 の 運 動 ニ ュ ー ロ ン の 興 奮 も 全 か 無 か の 法 則 に し た が う 。 こ の よ う な 中 で 私 た ち は ど の よ う に し て 骨 格 筋 の 収 縮 の 強 さ を 変 え る こ と が で き る か 、 簡 潔 に 説 明 し な さ い 。

問 ５ 膝 な ど の 関 節 を 伸 ば す よ う に 作 用 す る 筋 肉 を 伸 筋 と い い 、 曲 げ

る よ う に 作 用 す る 筋 肉 を 屈 筋 と い う 。 伸 筋 と 屈 筋 の よ う に 関 節 に 反 対

の 運 動 を ひ き お こ す 筋 肉 は た が い に 拮 抗 筋 と よ ば れ 、 拮 抗 筋 の 一 方 が 収 縮 す る 際 に は 他 方 は 弛 緩 す る こ と が 知 ら れ て い る 。 図 １ は 膝 蓋 腱 反 射 に 関 連 す る 筋 肉 や ニ ュ ー ロ ン を 模 式 的 に 示 し た も の で あ る 。 膝 蓋 腱 反 射 は 膝 の 伸 筋 が 外 力 に よ り 引 き 延 ば さ れ た と き に こ れ を 収 縮 さ せ て も と の 長 さ に 戻 そ う と す る 反 射 で あ る 。ネ コ を 用 い て 図 に 示 す よ う に 、 膝 の 屈 筋 を 支 配 す る 運 動 ニ ュ ー ロ ン の 細 胞 体 に 微 小 な 電 極 を 挿 入 し て 膜 電 位 を 計 測 し た 。

（ １ ） 図 １ で は 示 し て い な い が オ シ ロ ス コ ー プ の 基 準 電 極 は ネ コ の 脳 脊 髄 液 （ 脳 や 脊 髄 を ひ た し て い る 液 体 ） を 模 し た 溶 液 に ひ た さ れ て い る 。 そ の 目 的 は 何 か 、 述 べ な さ い 。

（ ２ ） 図 １ 中 の 介 在 ニ ュ ー ロ ン は 興 奮 性 ニ ュ ー ロ ン か 抑 制 性 ニ ュ ー ロ ン か 答 え な さ い 。

（ ３ ） 伸 筋 の 筋 紡 錘 か ら の 神 経 を 図 １ 中 の 刺 激 電 極 ① に よ り 刺 激 し て 興 奮 さ せ た 場 合 、 お よ び 屈 筋 の 筋 紡 錘 か ら の 神 経 を 刺 激 電 極 ② に よ り 刺 激 し て 興 奮 さ せ た 場 合 の そ れ ぞ れ に つ い て 、 オ シ ロ ス コ ー プ で は E P S P と I P S P の ど ち ら が 検 出 さ れ る か 答 え な さ い 。

（ 第 ５ 問 の 終 わ り ）

運動ニューロン

感覚ニューロン

伸筋

筋紡錘

屈筋 脊髄

記録電極

刺激 電極①

刺激 電極②

介在ニューロン オシロスコープ

基準電極

図１

第 ６ 問 （ 植 物 生 態 学 ）

陸 上 で の 遷 移 に 関 す る 次 の 文 を 読 み 、 問 １ 〜 問 4 に 答 え な さ い 。

図 １ は 、 あ る 火 山 島 の 成 立 年 代 が 異 な る 3 つ の 溶 岩 台 地 （ 図 中 の ①

〜 ③ ） に お け る 樹 木 の 胸 高 直 径 （ 地 上 約 1 . 3 m 付 近 の 幹 の 直 径 ） と そ れ ぞ れ の 幹 密 度 （ 1 h a あ た り の 本 数 ） を 示 し た も の で あ る 。 火 山 の 噴 火 に よ っ て 生 じ る 溶 岩 台 地 上 で は 、

一 次 遷 移 が 進 行 し 時 間 の 経 過 と と も に 植 物 を 中 心 と し た 生 物 の 群 集 組 成 が 変 化 す る こ と が 知 ら れ て い る 。 さ ら に 、 生 物 の 群 集 組 成 の 変 化 と と も に 、 様 々 な

物 質 循 環 も 変 化 す る こ と が 知 ら れ て い る 。

図 1 ． あ る 火 山 島 に お け る 成 立 年 代 の 異 な る 3 つ の 溶 岩 台 地 の 分 布 図

（ 左 ） と そ れ ぞ れ の 溶 岩 台 地 上 に お け る 出 現 植 物 の 直 径 の 頻 度 分 布

（ 右 ）

問 １ 下 線 部 ア に つ い て 、 必 ず 次 の 2 つ の 用 語 （ 撹 乱 、 土 壌 ） を 用 い て 、 6 0 字 以 内 で 説 明 し な さ い 。

問 2 図 １ 右 側 の 3 つ の Ａ 、 Ｂ ， Ｃ 台 地 の 結 果 は 、 左 図 の ① 〜 ③ の ど

の 溶 岩 台 地 の も の と 考 え ら れ る か 答 え な さ い 。

下 線 部 イ に 関 連 し て 、 図 2 は 陸 上 生 態 系 に お け る 一 次 遷 移 に と も な う 炭 素 循 環 の 経 年 変 化 を 模 式 的 に 示 し た も の で あ る 。

図 2 ． 一 次 遷 移 に と も な う 生 態 系 内 の 炭 素 循 環 の 模 式 図 ． 下 図 の 点 線 は 純 一 次 生 産 量 （ N e t P r i m a r y P r o d u c t i o n ）、 実 線 は 純 生 態 系 生 産 量

（ N e t E c o s y s t e m P r o d u c t i o n ）、 破 線 は 従 属 栄 養 生 物 呼 吸

（ H e t e r o t r o p h i c R e s p i r a t i o n ） を 示 す ．

問 3 生 態 系 純 生 産 量 （ N E P ） と 純 一 次 生 産 量 （ N P P ） の 違 い に つ い て 、 8 0 字 以 内 で 述 べ な さ い 。

問 4 N E P は 、 時 間 が 経 過 す る に つ れ て 増 加 す る が ， 途 中 で 減 少 に 転 じ 生 態 系 が 十 分 に 成 熟 す る と 最 終 的 に は ほ ぼ ゼ ロ に な る と 考 え ら れ て い る 。 こ の よ う に N E P が 最 終 的 に は ゼ ロ に な る 理 由 に つ い て 、 次 の 二 つ の 用 語 （ N P P と R h ） を 必 ず 用 い て 1 5 0 字 以 内 で 述 べ な さ い 。

（ 第 ６ 問 の 終 わ り ）

第 ７ 問 （ 動 物 生 態 学 ）

以 下 の 問 １ 〜 問 ３ に 答 え な さ い 。

問 １ １ ０ ヘ ク タ ー ル の 調 査 区 の 中 に 生 息 す る A と い う 種 の ト カ ゲ の 個 体 数 を 推 定 す る た め 、標 識・再 捕 獲 法 を 用 い た 。最 初 の 調 査 日 に ８ ６ 個 体 を 捕 獲 し 、背 面 に 油 性 マ ジ ッ ク で 記 号 を 付 け て 捕 獲 場 所 に 放 し た 。 ３ 日 後 に ２ 回 目 の 調 査 を 行 な っ た 結 果 、６ ４ 個 体 が 捕 獲 さ れ 、そ の 内 １ ６ 個 体 に 記 号 が 付 い て い た 。 こ の 調 査 区 に お け る ト カ ゲ の 密 度 を １ ヘ ク タ ー ル あ た り の 個 体 数 と し て 推 定 し な さ い 。た だ し 、３ 日 間 に 出 生 、 死 亡 は な く 、調 査 区 か ら の 移 出 、調 査 区 内 へ の 移 入 は な い も の と す る 。 ま た 、 記 号 は 消 え ず 、 そ れ に よ る 悪 影 響 も な い 。

問 ２ 自 然 環 境 に 差 が な い ５ k m 四 方 の 区 域 内 に 、 １ ０ ヘ ク タ ー ル の 調 査 区 を １ ２ 箇 所 設 定 し 、 標 識 ・ 再 捕 獲 法 に よ っ て A の 密 度 を 推 定 す る と 同 時 に 、成 熟 個 体 の 体 長（ 頭 部 先 端 か ら 排 泄 孔 ま で の 長 さ ）を 測 定 し て 平 均 値 を 求 め た 。成 熟 個 体 と は 、性 的 に 成 熟 し た 繁 殖 可 能 な 個 体 で あ る 。 こ の ト カ ゲ の 生 理 的 寿 命 は ５ 年 で あ り 、 い っ た ん 性 的 に 成 熟 す る と 、体 長 は そ れ 以 上 大 き く な ら な い 。下 の グ ラ フ は そ の 結 果 を 示 し た も の で あ る 。

（ １ ） こ の グ ラ フ か ら 言 え る こ と を 述 べ な さ い 。

（ ２ ） ど う し て こ の よ う な 結 果 と な っ た の か 、 考 察 し な さ い 。

密度（１ヘクタールあたりの個体数）

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 20 40 60 80

成熟個 体の平均 体長（

）

問 ３ a , b , c , d , e , f と い う ６ つ の 島 か ら な る 群 島 が あ り 、 そ こ に 生 息 す る A の 密 度 と 成 熟 個 体 の 平 均 体 長 を 島 ご と に 求 め た 結 果 、 下 の グ ラ フ が 得 ら れ た 。こ れ ら の 島 で は 、a と b に ト カ ゲ の 天 敵 で あ る ヘ ビ 類 と イ タ チ 類 が 生 息 し 、 c と d に は ヘ ビ 類 の み が 生 息 し 、 e と f に は い ず れ も 生 息 し て い な か っ た 。

（ １ ） こ の グ ラ フ か ら 言 え る こ と を ２ つ 箇 条 書 き に し な さ い 。

（ ２ ） ど う し て こ の よ う な 結 果 と な っ た の か 、 考 察 し な さ い 。

（ 第 ７ 問 の 終 わ り ）

密度（１ヘクタールあたりの個体数）

成熟個体の平均体長（

）

0 20 40 60 80 100

0 20 40 60 80 100

b a

c d

f e