ムール貝などの二枚貝は、水中の微小な粒子を取り込んで食べます。貝のいる容器で水が澄んだとき、貝が水そのものを大量に飲み込み、容器の水量を減らしたのでしょうか。ろ過摂食では、通過する水と、その中から取り込まれる粒子を分けます。「一時間に何Lをろ過する」という値を、水が失われる量と読み違えないことが重要です。
水の矢印と粒子の矢印
貝へ入る水を太い矢印、含まれる粒子を小さな点で描きます。出ていく水の矢印にも注目します。水を通す流れと粒子の取り込みが同時に起きていても、水のすべてが貝の体になるわけではありません。呼吸などの働きもありますが、ここでは粒子の出入りを読む模型に範囲を絞ります。
透明に見えるようになったことは、すべての溶けた物質や微生物がなくなった証拠ではありません。濁りの原因となる粒子が減ったという観察と、飲用できる水になったという判断は別です。水質を評価するときは、何を測った値なのかを確認します。澄んだ水という見た目だけから、安全性まで結論づけないようにしましょう。
例題1 通った水量と取り込んだ粒子
模型上の貝が、一時間に2Lの水を通します。入ってくる水には粒子が1Lあたり30mgあり、その50％を捕らえるとします。流入する濃度は一定です。五時間に通過する水の延べ量と、一時間に捕らえる粒子の重さを求めましょう。
答え・解説： 延べの水量は2×5＝10Lです。一時間に入る粒子は30×2＝60mg、その半分なので捕らえる量は30mgです。10Lは通過した量の合計であって、容器から10Lの水が消えるという意味ではありません。粒子の重さの計算では、水量と濃度を掛け、その後に捕捉率を掛けています。
同じ容器の水が繰り返し貝を通る場合、延べ10Lが、すべて別の10Lの水だとは限りません。さらに粒子が減れば、次に入る水の濃度も低下することがあります。その場合、毎時間30mgずつ捕らえる計算をそのまま続けることはできません。今回の例題は、流入濃度が一定という条件を明示しています。
例題2 貝がいない容器と比べる
同じ濁りの水を同量ずつ容器A・Bへ入れ、Aだけに貝を入れました。一定体積あたりの粒子数は、初めは両方100でした。同じ時間後、Aは40、Bは70でした。貝のいないBでも粒子が沈むなどして減ったと考えます。Aの減少とBの減少の差はいくつですか。Aで減った60の全部を「貝が食べた」と言えますか。
答え・解説： Aの減少は100−40＝60、Bは100−70＝30なので、差は60−30＝30です。対照のBでも減少しているため、Aの60すべてを貝が食べた量とすることはできません。差の30は貝を入れた条件に伴う追加の減少として読めますが、それだけで飲み込んだ粒子数を直接測ったことにはなりません。
貝の動きによって沈み方が変わったり、体表へ付着したりする可能性もあります。摂食量と断定するには、その経路を調べる追加の観察が必要です。対照実験は原因を絞るために役立ちますが、差を取ればどんなしくみも完全に証明できる、という道具ではありません。
水量が違えば数え方をそろえる
粒子数を比較するときは、同じ体積を採取して数えます。Aから1mL、Bから2mL採ったのなら、そのまま個数を比べられません。1mLあたりへ直すか、容器全体の水量へ換算する必要があります。水が蒸発して減れば、粒子の合計が変わらなくても濃度が上がることがあります。濃度と総量を分けて記録しましょう。
また、粒子が沈みやすい場合、容器の上の方と下の方では数が違うことがあります。採取する深さや混ぜ方をそろえないと、貝の有無ではなく採取位置の差を測ってしまいます。グラフの誤差を考えるときは、計算だけでなく水を取り出す手順にも目を向けます。
ろ過量の数字を大きく見せすぎない
一個の貝の測定値を何千個分にも掛ければ、大きな処理量が計算できます。しかし、実際には流れ、温度、貝の大きさ、粒子の種類、混み合い方などで働きは変わります。単純な掛け算は、同条件で独立に働くという模型の範囲で使います。延べの通水量を、海全体からその量の水を完全に浄化したと表現しないことが大切です。
入試では、単位のLとmg、同じ水が再び通ること、貝のいない対照の三点に印を付けます。水の流れと粒子の行き先を別々に追うと、身近な生物を扱う文章題でも、計算の意味を具体的に説明できます。
濁りの減り方が後半に遅くなったら
はじめの一時間に粒子が多く減り、次の一時間ではあまり減らなかったとしても、貝が急に弱ったとは限りません。水中に残る粒子が少なくなれば、同じ水量を通しても出会う粒子数が減るからです。通水量一定と、粒子の除去量一定は違います。原因を考える際は、貝の働きだけでなく流入する側の条件も確かめます。
水を入れ替えながら一定濃度を保つ装置と、閉じた容器の水を循環させる装置では、この点が異なります。前者の結果を後者へそのまま当てはめて、時間に比例して粒子が減り続けると予測しないようにします。残量がゼロより小さくなる計算が出たら、一定量を引き続ける仮定を使いすぎていないかを見直します。
グラフが横ばいになった場合も、粒子が取り込まれなくなったのか、沈殿と再浮遊がつり合ったのか、測定器で違いを読み取れなくなったのかなど、複数の説明がありえます。横ばいという観察と、その原因の候補を分けて述べます。
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