中学受験理科｜ハキリアリは葉を食べるために運ぶ？｜菌を育てる共生

運ぶ葉と、食べるものは同じとは限らない

ハキリアリが葉を切って巣へ運ぶ姿を見ると、葉をそのまま全部食べているように思えるかもしれません。しかし、巣では運んだ植物材料を利用して菌を育て、その菌が重要な食物になります。とくに幼虫の食物は菌への依存が大きいことが知られています。成虫が植物の液などを利用することまで否定して、「どの個体も葉の成分を一切口にしない」と広げないようにします。

中学入試では、目に見える運搬と、その後の食物の流れを区別する問題として考えられます。葉を運んだ量が多ければ、育った菌の量も必ず同じ割合で増えるのか。菌が増えれば、アリの個体数がすぐ同じ割合で増えるのか。段階の間に、材料の質、菌の成長条件、食べられた量などが入ることを読み取ります。

葉を運ぶ → 菌を育てる → 食物を得る。数値がある図は本文の例題用模型です。

葉は菌を育てる材料になる

巣へ運び込んだ植物片は、菌が利用する材料になります。アリは材料を加工し、菌を世話します。菌はアリにとって食物を供給し、アリの活動によって育つ場所と材料を得ます。このように互いに利益を得る関係として整理できます。ただし「助け合っている」という一語だけでは、何を渡しているかが分かりません。図には植物材料、菌、アリを分けて、それぞれの矢印に役割を書きます。

菌は植物のように光合成で材料をつくる生物ではありません。葉が巣の中にあるから、暗い巣でも葉が新しく養分をつくり続けるという説明にはなりません。運び込まれた有機物を利用する流れを考えます。食物連鎖の図で矢印を描くときも、何を食べる方向なのか、物質が移る方向なのか、図の約束を確認します。

持ち込んだ質量が全部菌になるわけではない

葉100gを使ったから菌100gが増える、とは限りません。呼吸に使われたり、残った材料があったり、水分が出入りしたりします。新鮮な葉と菌の湿った質量を比べる場合、水の割合が違うことも影響します。乾燥質量で比較するときと、生の質量で比較するときを分ける必要があります。

さらに、菌の増加量とアリが食べた量は同じではありません。観察の前後で菌の量が変わらなくても、新しく増えた分だけ食べられていた可能性があります。貯まっている量と、一定時間に作られた量を混同しないようにします。水槽の水位が一定でも水が流入流出していることがあるのと同じで、残量だけでは途中の動きを決められません。

例題1｜材料の変換を模型で追う

計算用の模型で、乾燥した植物材料10gから、乾燥した菌が2g増えるとします。同じ条件で植物材料を50g使ったとき、増える菌は何gですか。また、これが実際のハキリアリの巣で常に成り立つと言えますか。

答え・解説：模型では10g増えます。50÷10＝5倍なので2×5＝10です。ただし実物で常にこの割合になるとは言えません。植物の成分、温度、菌の状態などで増え方が変わりえます。問題が比例すると定めた範囲で使う関係です。残りの40gが全て消えた、とも言えず、残った材料や気体など行き先を調べる必要があります。

例題2｜増えた量と残った量

ある巣の模型では、観察開始時に菌が30gありました。一日の間に菌が12g増え、アリが8g食べました。ほかの増減がないとき、最後に残る菌は何gですか。また残量の増加だけを見て、菌が4gしか作られなかったと言えますか。

答え・解説：残るのは34gです。30＋12－8＝34となります。残量の増加は4gですが、作られた量は12gなので、4gしか作られなかったとは言えません。作られた一部が食べられたため、残りの増え方は小さくなっています。はじめの量、増えた量、使われた量、最後の量を四つに分けると、収支の計算を整理できます。

観察から暮らしを推測する順序

葉を運ぶ映像から直接確認できるのは、葉を切り、移動させている行動です。巣の中で菌を育てていることは、さらに内部の観察などから分かる情報です。一つの写真に見えていない過程を、知識だけで勝手に足すのではなく、資料がどの段階まで示しているかを確認します。ハキリアリの例では、運搬、栽培、摂食という過程をつなげると、共生という言葉を具体的に説明できます。生物の行動を見たとき、目の前の動作とその役割を分けて考える練習になります。

菌の世話という行動を確かめる

葉を持ち込むだけでなく、菌床の手入れなどの行動も共生に関わります。資料の映像でアリが何かを運び出している場合、食物を運び入れる矢印と逆向きなので、全てを同じ運搬量として足さないようにします。巣へ入る植物材料、巣内で利用されるもの、外へ出る不要物を色分けすると、物質の流れが見えます。運ぶ個体の数だけでは、運んだ質量が分からないことにも注意します。

葉の種類を変える実験なら、持ち込んだ乾燥質量をそろえて菌の増加を比べる方法が考えられます。一方の葉が大きいという見た目だけで、材料を多く与えたとは限りません。葉の厚さや水分が異なるからです。また菌の増加だけでなく、アリがその葉を選ぶ割合を測るなら別の問いになります。好んで運ぶことと、菌がよく育つことは対応する場合があっても、同じ測定結果ではありません。

共生の相手を取り除く実験の結果を読むときは、取り除く操作自体の影響も考えます。巣を大きく壊した群と触らない群の差を、そのまま菌の有無だけで説明することはできません。同じように扱う対照群が必要になります。生物同士の関係を扱う実験でも、材料や器具の実験と同じく、変えた条件を一つに整理する視点が役立ちます。