袋の外から糖が見つかったとき、「袋の中で消化された」とすぐ結論を出してよいでしょうか。糖が最初から入っていた可能性や、膜を通れるかどうかも確かめる必要があります。消化と膜の実験では、物質が変わる段階と、場所が変わる段階を分けて追うことが大切です。
袋を出たことと、分解されたことは別
消化では、大きな分子が小さな物質へ分解されます。一方、膜を通って外へ移ることは移動です。袋の外で検出できたという事実だけでは、袋の中で何から生じたかは決まりません。もともと糖が混じっていれば、分解が起きなくても外で見つかるからです。
ここでは、デンプンから小さい糖Xを作る酵素を使う模型を考えます。膜は糖Xを通し、デンプンと酵素は通しません。糖Xだけを検出する試験を用い、袋や水には初めからXが混じっていないとします。実際のだ液の働きでは、デンプンから主に麦芽糖などができます。「だ液で直ちに全部がブドウ糖になる」とは扱いません。例題の糖Xは、与えられた反応を整理するための名前です。
対照実験に、一つずつ役割を持たせる
デンプンと働く酵素を入れた袋だけを見ると、膜の性質と酵素の働きが混ざってしまいます。そこで、酵素を入れない袋を用意します。ほかをそろえて外側でXが検出されないなら、デンプンだけから同じ結果が出るわけではないと分かります。加熱して働きを失わせた酵素も、酵素の働きが結果に関わるかを調べる対照になります。
さらに、糖Xだけを最初から入れた袋を置きます。この袋の外側でXが検出できれば、Xが膜を通れることと、検出方法が働くことを確認できます。この対照が陰性なら、本実験でXが出ない理由を「消化されなかった」とだけ言えません。膜を通らない、時間が短い、検出できる量に達していないなど、別の可能性も残ります。
例題1｜四つの袋の結果を読む
同じ膜、温度、時間、外側の水量で実験しました。Aはデンプンと働く酵素、Bはデンプンだけ、Cはデンプンと加熱して働きを失った酵素、Dは糖Xだけを入れた袋です。外側の水を調べると、AとDでXが検出され、BとCでは検出されませんでした。この結果はどの説明を支持しますか。
答え・解説： Dから、Xは膜を通って外へ移れると分かります。AとBの違いは酵素の有無、AとCの違いは酵素が働くかどうかです。したがって、働く酵素によって袋内のデンプンからXが生じ、そのXが膜を通ったという説明を支持します。膜そのものがデンプンを消化したという説明ではありません。
ただし、外でXが見つかったことから、袋の中のデンプンが全部なくなったとは言えません。一部が分解されただけでもXは検出できます。全部分解されたかを調べるなら、袋内にデンプンが残るかなど、別の確認が必要です。検出の有無は、まず「ある量以上存在する」ことの情報であり、全量の測定とは区別します。
例題2｜両側へ分かれた糖の量
別の計算用の模型で、袋内20mLに糖Xが0.50g、外側80mLにはXが入っていません。酵素反応は起こらず、Xは膜を通れます。水の移動と液量の変化を無視でき、十分後に内外のXの濃度が等しくなると指定します。外側へ移ったXは何gでしょう。
答え・解説： Xの合計0.50gが、合計100mLに同じ濃度で分かれます。外側は体積の80/100を占めるので、0.50×80/100＝0.40gです。袋内には0.10g残ります。糖が膜を通れるからといって、0.50g全部が外へ出るわけではありません。濃度がそろった状態でも、両側にXが存在します。
この計算では体積当たりの質量を使っています。内側0.10g÷20mL、外側0.40g÷80mLは、どちらも1mL当たり0.005gです。分ける基準は袋が一個ずつという数ではなく、液の体積です。また、同じ濃度でも分子の動きが止まるわけではありません。両方向への移動がつり合い、全体として偏った移動がなくなる状態を考えています。
模型を人体へ、そのまま貼り付けない
腸で栄養を取り込む仕組みには、膜を通るだけでは説明しきれない働きもあります。この袋は、消化で小さくなることと移動を分けて考えるための模型です。「小さい物質は何でも、同じ速さで、自由に通る」という人体の説明に広げないようにしましょう。膜の性質、物質の種類、濃度差などはそれぞれ条件になります。
記述問題では「分解されたから外へ出た」だけで終わらず、何が何に変わり、どの物質が膜を通ったかを主語付きで書くと伝わります。結果の表に、反応の証拠と移動の証拠を別の色で印してみてください。同じ陽性という記号でも、対照実験が違えば読み取れる意味が違うことが見えてきます。