ハスの葉は、水を吸わないから丸くはじく？｜水滴と葉の表面を観察する

ハスの葉に雨粒が乗ると、水が薄く広がらず、丸い粒となってころころ動くことがあります。この様子を見て「水を吸わない葉だから」と説明したくなるかもしれません。でも、ガラスやプラスチックも短時間では水をほとんど吸わないのに、水滴の形や動きは同じとは限りません。

考えたいのは、葉の内部へ水が入るかだけではなく、表面を水がどのようにぬらすかです。ハスの葉では、水をはじく表面の性質と非常に細かな凹凸が組み合わさり、水滴が丸くなって動きやすい状態をつくります。これをはっ水性と呼び、とくに強いものは超はっ水性と呼ばれます。

水滴の下にある、肉眼では見えない形

葉の表面を電子顕微鏡で見ると、細かな突起があります。水滴はその凹凸の先に支えられ、間に空気を残す状態になれます。下の図は、突起を説明のために大きく描いた断面です。実物の葉に、図ほど大きな山が並んでいるという意味ではありません。

ただし、表面を粗くすれば何でも水をはじくわけではありません。表面の物質の性質も関係します。紙や布のように、水が内部のすき間へ入り込むものもあります。「でこぼこだからはじく」という一行だけでは、ぬれやすい粗い面を説明できなくなります。

断面の説明図。微細構造を大きく描いています。どんな凹凸でも水をはじくという意味ではありません。

丸いことと、転がりやすいことを分ける

水滴が丸く見えることは、はっ水性を調べる一つの手がかりです。しかし、丸いまま表面に強くとどまる場合もあります。写真一枚の形だけで「少し傾ければ転がる」と決めず、実際に動き始める様子も記録しましょう。

傾きを比較するなら、水滴の量をそろえます。大きな水滴と小さな水滴では、重さも接触部分の様子も違います。落とす高さを変えると、ぶつかった勢いで動くこともあります。静かに置き、一定の速さで面を傾けるなど、何を測りたいかに合わせて手順を決めます。

例題1　転がり始める角度を比較する

同量の水滴を同じ方法で置き、三回ずつ測りました。面Aでは4度・5度・6度、面Bでは18度・20度・22度で転がり始めました。平均の角度はそれぞれ何度ですか。この実験では、どちらの面で水滴が動き出しやすかったと言えますか。

答え・解説： Aは（4＋5＋6）÷3＝5度、Bは（18＋20＋22）÷3＝20度です。今回の水滴と手順では、より小さい傾きで動いたAの方が動き出しやすかったと言えます。角度が四分の一でも、葉の「はっ水力」が四倍と計算できるわけではありません。測った量は動き始める角度だからです。

ここで表の列名を「水をはじく強さ」とするより、「転がり始めた角度」とする方が正確です。観測した数値と、それから考えた性質を分けて書く習慣は、実験の説明全体を明瞭にします。

例題2　消えた水滴は、葉に吸われた？

水平な葉に水滴を置き、十分後には見えなくなっていました。これだけで「葉が水を吸った」と結論できますか。ほかに考えられる理由と、追加で確認したいことを挙げてください。

答え・解説： 結論できません。蒸発した、傾いて流れ落ちた、ほかの水滴と合わさって移動した可能性があります。途中の写真や動画で位置と形を追い、葉の下へ落ちた水の有無も確認します。吸収を調べたいのに、表面から見えなくなったことだけを測っている点が問題です。

汚れが取れることにも、条件がある

ハスの葉では転がる水滴が汚れの粒を運ぶことがあり、このしくみを参考にした材料も研究されています。ただし、すべての汚れが同じように落ちるわけではありません。粒の種類や付着の仕方が違えば結果も変わります。「ぬれない」と「どんな汚れも付かない」を同じ意味にしてはいけません。

表面をこすった葉とこすらない葉を比べる場合にも注意が必要です。こする操作は、細かな構造を傷めるだけでなく、付着物を移したり、表面の成分を変えたりします。転がり方が変化しても、凹凸だけが原因だとするには追加の証拠が必要です。観察のために生えている葉を傷付けず、写真資料や管理者の許可を得た試料を使いましょう。

葉が雨をはじくからといって、植物全体が水を必要としないわけでもありません。根から取り入れる水、葉の表面に乗る水滴、気孔などから出ていく水蒸気は、場所も働きも異なります。一つの「水」という言葉でつないでしまう前に、その水が今どこにあるかを指で示してみてください。

ハスの写真を見たら、「丸い」「動く」「消える」をそれぞれ別の観察として書く。この三つを分けるだけで、印象の説明から、確かめられる理科の問いへ進めます。

水滴の底が広がる面と、小さな範囲にとどまる面を並べると、ぬれ方の違いが見えます。ただし、真上の写真だけでは水滴の高さが分かりません。横からの写真も撮ると、平たく広がったのか、背の高い丸い形なのかを比較できます。影の大きさをそのまま水滴の底面にしないためにも、照明の向きを記録しておくとよいでしょう。輪郭を写した図には、撮影方向も矢印で添えます。