中学受験理科｜テッポウウオは水で獲物を落とす？｜命中と捕食成功を分ける

テッポウウオは、口から水を飛ばして水面より上の獲物を落とす魚です。しかし水が獲物へ当たることと、落ちた獲物を食べられることは同じではありません。射水の命中、獲物の落下、その後の捕食を段階に分けると、成功率を扱う資料の読み方がはっきりします。

水を飛ばす仕組みと測る対象

テッポウウオは口の中で舌と上側の部分を使い、水の通り道をつくって射水します。音を出して反射を受け取るコウモリや、弱い電気の変化を調べる魚とは違い、水そのものを標的へ向けて送ります。水の道筋を測る問いでは、発射した時刻と標的へ届いた時刻が必要です。

口から出た水の流れは、どの部分も全く同じ速度とは限りません。実際の研究では距離などに応じた射水の調整が調べられています。このページの例題は、平均速度で扱えるよう条件を簡略化した模型です。全てのテッポウウオの射水を一定の速さと決めつけるものではありません。

全試行に対する捕食成功率は18÷40＝45％。図は仕組みを整理する模式図です。

水中から見る位置と実際の標的

水と空気の境目で光は屈折します。魚から見える標的の方向を、そのまま人が空気中で測った位置と同一視しないことが重要です。ただし、写真一枚だけから魚の目に映る像や狙いの調整方法まで確定することはできません。問題がどの位置からどの位置までの距離を示しているかを丁寧に読みます。

標的に当たらなかった場合にも、狙いのずれ、水の勢い、標的が動いたことなど複数の理由が考えられます。「魚が見えていなかった」と一つに決めるには追加の比較が必要です。同じ魚に異なる距離の標的を示すなら、標的の大きさや背景など、距離以外の条件をそろえます。

例題1　水が届くまでの時間

口から標的まで、水が進む距離を0.75mとする模型があります。水の先端の平均速度が3m/秒なら、標的へ届くまで何秒ですか。また動画が一秒間に120枚なら、その間は何枚分の時間ですか。

答え・解説： 0.75÷3＝0.25秒です。120×0.25＝30枚分の間隔に相当します。撮影開始の一枚目から終点の画像までを枚数として数える場合は、両端を含めるため31枚になることがあります。時間の間隔と画像の枚数の違いも確認しましょう。

例題2　命中率と捕食率

40回の射水のうち、標的に当たったのは30回でした。その30回のうち、獲物を実際に食べられたのは18回でした。全射水に対する命中率、命中後の捕食成功率、全射水に対する捕食成功率を求めなさい。

答え・解説： 命中率は30÷40＝75%、命中後の捕食成功率は18÷30＝60%、全射水に対しては18÷40＝45%です。75%と60%を足すのではありません。二段階の割合を掛けると0.75×0.60＝0.45となり、最初から見た成功率と一致します。

成功した記録だけを集めない

当たった映像だけを集めて射水の精度を説明すると、失敗の回数が抜けます。成功率には、成功と失敗を合わせた試行数が必要です。また同じ魚が何度も挑戦した40回を、40匹の魚の記録と呼んではいけません。一匹の経験や空腹の程度が影響する場合もあるため、試行と個体を区別します。

落ちた獲物を別の魚が食べた場合は、射水した魚の捕食成功には含めないというルールも考えられます。何を成功と定義したかが違えば、同じ映像から異なる数になります。問題文の定義を先に囲み、途中で都合よく変えないようにしましょう。

表の差から原因を考える

短い距離と長い距離で命中率が違うとしても、長い距離の実験がいつも後なら、疲れや慣れが混ざる可能性があります。順番を入れ替える、複数個体で繰り返すなどの比較が考えられます。こうした点は、単に割合を計算するだけでは気付きにくい部分です。

射水による狩りは珍しい行動ですが、入試で問えるのは、距離と時間、分母の切り替え、対照条件などの基本です。見慣れない動物名に止まらず、図の矢印と表の見出しに目を向けてください。生物の仕組みを説明する文と、模型の数値から求めた答えを分ければ、必要以上の知識を推測せずに読み進められます。

動画の枚数には端の数え方がある

一秒間に百二十枚撮影する動画で、最初の画像から三十枚分の間隔が過ぎたなら、経過時間は四分の一秒です。最初の画像を一枚目として最後まで全て数えると三十一枚になります。画像の枚数と画像間の間隔の数には一つの差があるので、時刻を求めるときにどちらを数えたかを確かめます。

水が口から出た瞬間と獲物へ届いた瞬間が、それぞれ画像のどこに対応するかも重要です。獲物が落ち始めた画像を到着の瞬間とみなすなら、接触してから動き出すまでの遅れが含まれるかもしれません。例題では時間を明確に指定していますが、観察資料では測定の始点と終点が結果を左右します。

狙った方向へ水が進むことと、落ちた獲物を食べることには、別々の条件が関わります。獲物へ命中しても落ちなかった、落ちた位置まで移動できなかった、別の魚が先に取ったなどの段階を区別できます。試行数、命中数、落下数、捕食数を順に記録すれば、どの段階の変化を調べているのか分かります。

成功率を比べる二群で、一方が十回、他方が百回の試行なら、成功した回数だけを並べる比較は不十分です。それぞれの試行数で割ると割合をそろえられますが、少ない試行で得られた割合の方が変動しやすいことにも注意します。一度の成功が見られたから常に正確に命中する、という書き方は避けます。魚の能力を紹介する面白さと、資料の範囲で数量を判断する慎重さを両立させましょう。