成体のカエルが肺をもつと知ると、「水にいるとき以外は皮膚が乾いても大丈夫」と考えてしまうことがあります。しかし、カエルは皮膚でもガス交換を行います。薄く湿った皮膚は、単なる体の覆いではなく、外の酸素を取り込み、二酸化炭素を出す経路にもなります。
「肺か皮膚か」の二択にするより、一匹の体に複数の経路がある、と捉えましょう。口やのどの粘膜もガス交換に関わります。本稿の計算では肺と皮膚の二経路に単純化しますが、それは計算用の条件であって、実物の全ての働きを二つだけに限るという意味ではありません。
湿っている意味を、酸素の通り道で考える
皮膚からのガス交換には、薄く湿った表面と、その近くの血管が関わります。酸素は湿った表面を通って体内へ移ります。「水が必要」という説明を、皮膚が水を分解して酸素をつくるという意味にしてはいけません。水や空気に存在する酸素を利用するのであって、体表で新しく酸素を製造しているのではありません。
皮膚が乾燥すると、この経路によるガス交換が妨げられます。肺があるから皮膚の働きは不要、と切り捨てることはできません。また、皮膚から水分が失われることと、ガス交換が行われることも関連する別の働きです。湿った体表をもつ理由を、見た目の特徴の暗記だけで終わらせないようにします。
図は肺を通る経路と皮膚を通る経路を分けた模式図です。二本の矢印の太さを同じにしていても、取り込む酸素の量が半分ずつという意味ではありません。矢印はつながりを表し、量の割合を示すには別の数値が必要です。教科書の図を読むときにも、線の太さにどの意味があるかを確認してください。
割合が増えても、量が増えたとは限らない
ある条件で皮膚が酸素摂取の三割、別の条件で五割を担ったとします。これだけでは、皮膚から取り込んだ量が増えたとは決められません。全体の量が大きく減っていれば、割合が上がっても実際の量は小さい場合があります。百分率の問題では、全体を何としたかが必要です。
種や活動状態、水温などによって各経路の寄与は変わります。架空の計算例で出した割合を、カエル全般の一定の数値として覚える必要はありません。何を測った条件の数値かを確認し、与えられた資料の中で計算します。
皮膚の働きを調べるために、乾かしたり、体を物質で覆ったりする観察を行う必要はありません。生き物に負担をかける操作ではなく、公開された資料や測定結果を使って考えます。器官が役立つかを知るために、その器官を使えなくする方法しかないわけではないのです。
例題1：二つの経路の内訳
架空の模型で、酸素を一時間に合計80単位取り込み、そのうち皮膚から24単位、残りを肺から取り込んだとします。この模型には他の経路はありません。皮膚の割合と、肺から取り込んだ量を求めてください。
答え・解説： 皮膚の割合は24÷80＝30％、肺からは80−24＝56単位です。百分率を求める分母は、肺だけの56ではなく全体の80です。「皮膚は肺の何倍か」という別の問いなら24÷56になります。設問が全体に対する割合なのか、二つの部分の比なのかを読み分けます。
例題2：三割から五割へ
条件Aでは全体100単位のうち皮膚から30％、条件Bでは全体40単位のうち皮膚から50％を取り込んだとする架空の表です。皮膚からの量が多いのはどちらでしょうか。「50％の方が大きい」という答えで十分ですか。
答え・解説： Aは100×0.3＝30単位、Bは40×0.5＝20単位なので、量はAが多くなります。50％という割合だけを比較してBを選ぶことはできません。Bでは皮膚の占める割合は大きくても、全体が小さいため、取り込む量は少なくなっています。単位のない割合と、単位を付ける量を分けて書きます。
呼吸の問題は、動物名と器官名を結びつけるだけでなく、経路と量を分けて読む問題へ広がります。オタマジャクシから成体への変化を扱うときも、今どの成長段階かを先に確かめます。同じカエルの仲間でも、幼生の図と成体の表を無条件につなぐことはできません。図の主語と表の対象を合わせることが、正しい説明の土台になります。
皮膚呼吸の割合を比較する表には、割合の列だけでなく、酸素の総量の列も作りましょう。総量が小さい個体や条件では、皮膚の割合が大きくても、皮膚から入る絶対量が小さい場合があります。また、別々の資料に書かれた割合を足しても一匹の内訳にはなりません。種類、温度、活動状態、測定した時間がそろった一組の資料として読む必要があります。入試で二経路の模型が指定されたときは、その模型の中で合計が百パーセントになることを確認します。
魚と水に溶けた酸素と、オタマジャクシの尾と成長の記録も合わせて確認してください。