中学受験理科｜プラナリアが小さくなるのはなぜ？｜体長と細胞数の関係

プラナリアは体の一部を再生する能力で知られますが、食物の条件によって体の大きさが変わることも研究されています。小さくなった姿を見て、単に水分が抜けた、あるいは同じ細胞が全て縮んだ、と決めてはいけません。体の大きさと細胞数を別に測り、その関係を読む資料問題として考えてみましょう。

長さだけでは体の量は分からない

体長が半分になったとしても、体積も半分とは限りません。幅や厚さも変わるからです。細長い形と幅広い形では、同じ体長でも面積が違います。伸び縮みしている瞬間の写真を比べる場合は、体の姿勢も影響します。体長、上から見た面積、体積、重さのうち、何を測ったかを確かめることが出発点です。

研究対象のプラナリアでは、成長や縮小に細胞数の変化が関わります。ただし写真だけから細胞数を数えたことにはなりません。体の面積の資料と細胞数の資料が別に与えられたとき、その二つを結び付けて考えます。生き物の大きさを説明するために、長さと個数という違う種類の量を比較するのです。

例題の値。面積あたりの細胞数はどちらも5000。図は仕組みを整理する模式図です。

一匹を前後で追う資料と別々の標本

同じ個体を撮影した記録なら、その個体の姿の変化を追えます。一方、細胞数の測定方法によっては、初めと後で別の個体群を調べる場合があります。そのときは同じ集団から条件をそろえて標本を選んだかを確認します。「同じ一匹で両方を測った」と勝手に書き換えてはいけません。

大きい個体ばかりを最初に、小さい個体ばかりを後で選んだら、時間による変化と最初からの違いが混ざります。平均を比べる場合も、標本数とばらつきを見る必要があります。飼育条件、測定時刻、体を広げた状態などをそろえた比較が、結果を解釈する土台になります。

例題1　面積あたりの細胞数

ある模型資料で、群Aの平均の投影面積は20平方mm、平均細胞数は100000個でした。群Bでは面積12平方mm、細胞数60000個でした。それぞれの面積1平方mmあたりの細胞数と、Bの細胞数がAの何%かを求めなさい。

答え・解説： Aは100000÷20＝5000個、Bは60000÷12＝5000個で、同じです。細胞数の割合は60%です。ただし投影面積あたりの値が同じことから、全ての細胞の形や大きさが同じと断定することはできません。体の厚さや細胞の配置については別の情報が要ります。

例題2　元の細胞数へ戻る増加率

細胞数が100000個から60000個へ減った後、再び100000個になりました。減った割合は最初の値の何%ですか。また60000個を基準にした増加率は何%ですか。小数第一位まで答えなさい。

答え・解説： 減少は40000÷100000×100＝40%。増加は40000÷60000×100＝約66.7%です。同じ40000個の差でも基準が違います。40%減った後に40%増やしても、60000×1.4＝84000なので元へ戻りません。生物の変化率でも分母を省略しないことが大切です。

小さくなることを死と同一視しない

体が小さくなっても、直ちに死んだという意味ではありません。一方で、小さくなったからどの条件でも問題なく元へ戻ると保証することもできません。種類、期間、温度、健康状態によって結果は異なります。資料にない生存期間や回復の保証を、一般的な性質から作り足さないようにします。

この原稿は、飼育動物へ長期の絶食をさせる手順ではありません。研究で得られた考え方を参考に、用意された模型データを読みます。再生を調べる切断の実験とも別の問いであり、「体が小さくなる」ことを「一部が切り離された」と取り違えないでください。

何を追加すれば理由に近づけるか

面積と細胞数が同じ割合で減っただけでは、なぜ減ったかの全過程は決まりません。細胞の増殖と失われる数、食物の量、期間ごとの変化など、追加の観察が考えられます。入試では、結果を説明するために必要な次の測定を選ぶ問いにつながります。体長だけをさらに細かく測る方法で、細胞数の問題まで解決できるかを考えてみましょう。

測定値が毎回少し変わるなら、同じ姿勢で複数回の画像を取り、読み取りの誤差を確かめることも役立ちます。個体が動いたことによる見かけの縮みと、数日かけた体の変化を分けるのです。ひとつの数で生物全体を表そうとせず、長さ、面積、細胞数の役割を分けて読むと、考察は具体的になります。

体長だけから細胞の数を計算しない

細長く伸びた姿と縮んだ姿では、同じ個体でも測った体長が変わります。移動中の一枚だけを比べると、体そのものの量の変化と姿勢による変化が混ざります。面積の測定にも姿勢の影響があるため、観察の条件をそろえたり複数の画像を比べたりする必要があります。

細胞数が減ったことを説明する資料と、体長が短くなったことを説明する資料は、測定した対象が違います。体長を半分にしたから細胞も半分と推測するには、形や厚さや細胞の大きさについて追加の条件が必要です。形を保った立体の体積なら長さの三乗に関係しますが、生き物が必ず同じ形のまま縮むという前提は置けません。

例題で求める面積あたりの細胞数は、与えられた面積と全細胞数を割ってつくる指標です。生体の各場所を見たときの細胞密度が全て均一だという証明ではありません。全体の平均を使った比較と、局所での配置を分けて考えます。平均が同じでも、頭部と胴体で同じ変化が起きたかは、この表だけでは分かりません。

餌を与えた後に大きさが戻ったとしても、元の細胞が一個ずつ同じ状態へ戻ったという説明にはなりません。細胞の増減や組織の調節を含む現象を扱っています。食べる量と体の大きさの関係を調べる資料では、水温、観察期間、初めの大きさをそろえます。割合の増加と減少で分母が変わることも、縮小前と回復前のどちらを基準にするのかを書けば整理できます。