芽が光の方へ曲がったとき、光を受け取った場所と、実際に曲がった場所は同じでしょうか。イネ科の幼い芽を使う光屈性の実験では、先端に光を通さない覆いを付けたり、透明な覆いを付けたりして、光を感じる場所を調べます。曲がった形だけでなく、操作の違いを比べる問題です。
先端を黒い帽子で覆った芽が曲がらなかったとしても、それだけでは光を遮ったためだと確定できません。帽子の重さや接触が伸びを妨げた可能性も残るからです。透明な帽子を使う比較があると、「覆いを付けたこと」と「光を通さないこと」を分けて検討できます。
実験の図に、光が届く場所を塗り分ける
ここでは、先端を包む部分を持つイネ科の幼い芽を模型として扱います。植物の種類や成長段階によって反応は異なるので、どの植物でも同じ結果になるとはしません。実験に用いた芽の大きさ、温度、水分、横からの光の強さと照射時間はそろえているものとします。
図では、帽子の色を覚えるだけで終わらず、先端に光が届くかを確かめます。次に、先端より下の伸びる部分に光が届くかを分けます。光の受け取りと、その情報に応じた成長の変化を区別できれば、「明るい所が直接縮んだ」といった説明を避けられます。
例題1｜透明な帽子を付ける意味
同じ条件の芽を三組に分け、左から光を当てました。Aは何も付けず左へ曲がり、Bは先端を不透明な帽子で覆うと曲がらず、Cは先端を透明な帽子で覆うと左へ曲がりました。BとCの帽子は、光を通すかどうか以外の性質が等しいものとします。Cを用意した目的を説明してください。
答え・解説： 帽子を付ける操作そのものと、先端の光を遮ることの影響を区別するためです。透明な帽子では曲がるので、帽子を付けただけで必ず曲がれなくなるとは考えられません。BとCの違いから、この条件では先端に光が届くことが曲がる反応に必要だと考えられます。
「光合成に光が必要だと調べるため」と答えると、観察している現象が変わってしまいます。この実験の結果は芽が曲がったかどうかであり、デンプンの有無や酸素の発生量ではありません。何を変えたかと同じくらい、何を測ったかを答えに入れることが大切です。
曲がらない芽が、伸びていないとは限らない
左右が同じだけ伸びれば、全体は長くなっても曲がりません。光屈性は左右の伸び方に差が生じることで向きが変わる現象です。そのため「曲がらなかった」という結果を、そのまま「成長しなかった」へ言い換えることはできません。長さの変化を調べていなければ、成長量は未確認です。
不透明な帽子を付けた芽が直立したまま伸びるという記録があれば、少なくとも成長が完全に止まったという説明は合いません。ただし、それだけで成長を調節する物質の名前や移動経路まですべて証明したことにはなりません。観察結果から言える範囲を、一段ずつ広げます。
例題2｜先端より下を暗くしたら？
Dでは先端に光を当て、先端より下を光が通らない筒で囲みました。筒は芽に触れず、曲がる空間があり、温度なども変えません。Dは光の方へ曲がりました。一方、Eでは先端だけを不透明な帽子で覆い、下の部分へ光を当てましたが、曲がりませんでした。この比較から、どのように説明できますか。
答え・解説： この芽では、曲がる反応に関わる光の受け取りに先端が重要だと考えられます。下の部分が暗くても、先端が光を受ければ曲がるため、曲がる部分へ直接光が当たることだけでは説明できません。先端で受け取った刺激が、下の成長の仕方へ影響したと考えるのが適切です。
Eで下の部分が明るいのに曲がらなかったことも合わせて読むと、光が当たった総面積の大小だけで説明するのは難しくなります。ただし、Dの筒が芽を固定していれば、曲がれない原因が物理的な拘束になってしまいます。「触れない」「空間がある」という条件は、比較を成立させるために付いています。
先端を切る実験は、覆う実験と同じではない
先端を切り取ると、光を感じる部分だけでなく、成長を調節する仕組みに関わる部分も失う可能性があります。切った芽と切らない芽の違いだけでは、光の受け取りを止めた影響と、切断による他の影響を完全には分けられません。だからこそ、透明・不透明の覆いの比較が役立ちます。
実験問題を読むときは「この操作は、目的以外に何も変えていないか」と一度考えてください。光を遮る紙が葉を押しつぶしたり、袋が温度を上げたりすれば、その影響も混ざります。本稿の例題はそれらをそろえた条件ですが、対照実験が何を取り除くためにあるかは、別の植物実験でも使える読み方です。
最後に、答案は「先端が大切」で止めず、「先端で光を受け取り、その情報によって別の場所の伸び方が変わると考えられる」とつなげてみましょう。受け取る場所、反応が現れる場所、比較によって確かめた条件。この三つを分けると、図を丸暗記しなくても実験の意味を説明できます。