中学受験理科｜カブトガニの血はなぜ青い？｜酸素を運ぶ物質

青い血も、酸素を運ぶ

人の血液は赤い色で知られていますが、カブトガニの血液は青く見えることがあります。酸素を運ぶ物質として銅を含むヘモシアニンを利用しているためです。人のヘモグロビンには鉄が関わっています。色が違うから酸素を運んでいない、血液が青いから体温が低い、といった判断はできません。中学入試では、血液の色と酸素運搬の役割を別の情報として読むことが重要です。

ヘモシアニンは酸素と結び付いた状態で青く見え、酸素との結び付きが少ない状態では色が薄くなります。ここで銅そのものの青い粒が血液中に浮かんでいると考えないようにします。銅を含むタンパク質が働いているのであって、金属銅の板をそのまま酸素運搬装置にしているわけではありません。物質の成分と、生物の中での働き方を分けて読みます。

最大の容量と、いま結び付いた量。数値がある図は本文の例題用模型です。

同じ役割でも、入っている場所が違う

人のヘモグロビンは赤血球の中にあります。一方、カブトガニのヘモシアニンは血液の液体部分に溶けています。「酸素を運ぶ物質はすべて赤血球の中にある」という、人で学んだ説明の広げ方はできません。資料にほかの動物が出たら、その動物での位置や仕組みを確認します。役割が似ていることと、からだの構造が全部同じことは別です。

また、血液の色だけで生物の分類を決めることもできません。カブトガニは名前にカニが付きますが、普通のカニと同じ甲殻類として扱う動物ではありません。ここで分類を細かく暗記することが目的ではなく、日常の呼び名と分類上の特徴が一致するとは限らないことを押さえます。酸素の運搬を問う設問に、名称の印象だけで答えないようにします。

色の濃さを比べる条件

同じ量のヘモシアニンを含む液を同じ厚さの容器に入れ、同じ照明で比べるなら、色の変化を酸素との結び付きの手がかりとして扱える場合があります。しかし濃度が違ったり、光が通る厚さが違ったりすれば、見える濃さも変わります。青い方が必ず多くの酸素を運んでいる、と写真だけで決めるのは適切ではありません。

例題では、運搬物質の量と結び付ける酸素の量が比例する模型を使います。これは計算を練習するための条件で、実際の血液の酸素量を色からそのまま求める方法ではありません。酸素と結び付く割合も変わるなら、物質の量だけでなく、その割合を掛けて求めます。容器の体積が同じでも濃度が違えば、含まれる運搬物質の量は違います。

例題1｜運べる量の模型

運搬物質1単位が酸素を最大2単位結び付ける模型を考えます。液Aには運搬物質が30単位、液Bには20単位あります。どちらも最大まで結び付いたとき、酸素の量はそれぞれいくつですか。

答え・解説：Aは60単位、Bは40単位です。30×2＝60、20×2＝40と求めます。この数値は本問用の模型であり、ヘモシアニンの実測値ではありません。液の色を見て計算したのではなく、含まれる運搬物質の量と一単位当たりの容量を使っています。Aの液量がBと同じかどうかは、この設問の計算には必要ありません。

例題2｜最大容量と実際の量

上の液Aは容量の半分だけ、液Bは容量の全部まで酸素が結び付いていました。実際に結び付いている酸素が多いのはどちらですか。また最大容量の大きい液と同じですか。

答え・解説：実際の量はBの方が多く、最大容量の大きい液とは違います。Aは60×1/2＝30単位、Bは40×1＝40単位です。Aは多くの運搬物質を含みますが、この条件では使われている容量の割合が低いため、結び付いた酸素はBより少なくなります。容量と現在の量を分けることは、電池の蓄えや溶解度の資料を読む場合にも共通する考え方です。

人の知識を比較の出発点にする

人の血液について知っていることは、別の動物を見る助けになります。ただし、赤い、赤血球の中、鉄を含む、という特徴を一組にして全動物へ当てはめてはいけません。何が共通の役割で、何が異なる仕組みなのかを表にします。カブトガニなら酸素を運ぶ役割は共通でも、物質や所在が違います。資料に書かれた新しい事実を、既習事項との違いとして整理すると、見慣れない生物でも落ち着いて読めます。

呼吸で取り込む場所と運ぶ経路

酸素を運ぶ物質があるという説明は、酸素がからだへ入る場所の説明とは別です。呼吸器で周囲から酸素を取り込み、体内を運ぶ段階を区切って考えます。運搬能力が大きくても、酸素を受け取る条件が足りなければ、いつも最大量を運べるとは限りません。例題2で容量と使用割合を分けたのは、このように二段階を意識するためです。

血液から組織へ酸素が渡る様子を考える場合は、運ぶ前と渡した後の差を読みます。同じ量の血液を比べて、入口に40単位、出口に25単位の酸素があれば、差の15単位が渡された量に対応する模型です。出口に酸素が残っているから、運搬が全く行われなかったという判断にはなりません。最大まで結び付く能力、現在の保持量、渡した量の三つを別々に扱います。

青い色と赤い色を比べて、どちらの血液がより優れていると順位を付ける資料ではありません。動物の暮らす環境やからだの仕組みが違うため、役割を果たす方法も違います。人を基準にして、それと異なる特徴を欠点と呼ばないようにします。入試の説明では、共通点を酸素運搬、相違点を含まれる金属や所在として並べると、観察に基づく比較になります。