中学受験理科｜えものが増えても食べる数は比例しない？｜捕食と処理時間

えものを二倍にしたら、捕食者が食べる数も二倍になるのでしょうか。探す時間は短くなるかもしれませんが、一匹を捕まえて食べる時間までゼロにはできません。同じ一時間に食べられる数には、行動に使う時間から上限ができます。

生物の資料問題では、えものの密度と食べられた数を示す表が出ることがあります。本稿では捕食者一匹、観察時間固定の模型を使い、捕獲数と捕食された割合を分けます。自然の食物網全体を、この小さな実験だけで予測する問題ではありません。

探す時間と処理する時間

えものが少ないと、見つけるまでに長く探す必要があります。密度を上げれば見つかりやすくなり、同じ時間内の捕獲数が増える場合があります。しかし捕まえた後に食べたり扱ったりする処理時間が必要なら、その間は次を探せない模型になります。

一匹あたりの処理に二分かかり、探索時間をゼロと仮定しても、一時間では最大三十匹です。これは与えた時間条件からの上限であって、実際に必ず三十匹を食べるという予測ではありません。探索や休止が入れば、もっと少なくなります。

処理時間という言葉に、どの行動まで含めたかも資料によります。飲み込むまでか、次の捕獲を始められるまでかで数値が変わります。専門的な名称を暗記するより、時計を止めた区間の定義を読みましょう。

例題1。初めのえもの数を分母にします。処理時間が無視できない模型を考えます。

えものの初めの数が20、40、80と増え、食べられた数が8、12、16だったとします。捕獲数は増えていますが二倍ずつではありません。追加したえものの全てが、そのまま追加の食事になるわけではないのです。

こうした頭打ちに近づく形は、処理時間が関わる模型と整合します。ただし曲線の形だけで原因が一つに特定されるわけではありません。満腹、えものの隠れ場所、捕食者の疲れなども考えられます。模型の説明と実験で確かめた事実を分けます。

同じ広さの容器、同じ一時間、同じ捕食者一匹で、えもの20匹から8匹、40匹から12匹、80匹から16匹が食べられました。それぞれ、初めのえものの何％が食べられたか求めましょう。

答え・解説： 40％、30％、20％です。8÷20、12÷40、16÷80を計算します。食べられた数は増えたのに割合は下がりました。「捕食が増えた」とだけ書かず、一時間の捕獲数なのか、初めの個体数に対する割合なのかを明記します。

割合が下がったから捕食者が食べるのを減らした、とは言えません。分母のえものがより大きく増えたからです。逆に、食べた数が増えたから各えものの危険も増えた、とも直ちには言えません。どちらも同じ表に対する異なる問いです。

一匹を処理するのに三分必要で、その間は次を探せないとします。観察時間は60分、実際に探していた時間の合計は15分でした。残りを全て処理に使ったとすれば何匹ですか。探索ゼロの場合の上限も答えます。

答え・解説： 処理時間は45分なので45÷3＝15匹。探索ゼロなら60÷3＝20匹が上限です。初めにえものを100匹入れても、この模型で同じ一時間に100匹食べることはできません。時間の予算が足りないからです。

実際には休止などの別の時間があるかもしれません。例題は残りを全て処理に使うと指定しているから15匹と確定できます。資料にその指定がなければ、十五匹以下の可能性など、結論の範囲が変わります。

えもの40匹が大きい容器に入っている場合と、小さい容器に入っている場合では出会いやすさが違います。個体数を比較するだけでは密度をそろえたことになりません。容器の面積や体積、隠れる構造も記録に含めます。

観察中に食べられた個体を補充する実験と、補充しない実験も違います。補充しない場合、時間とともにえものが減るので、初めの密度が一時間ずっと保たれるわけではありません。表に補充の有無が書かれていれば、重要な条件です。

この実験の上限を、野外で翌月に残るえものの数へそのまま延ばさないようにします。出生、移動、他の捕食者も関わります。一匹・一時間の観察で得た関係は、その範囲の説明に使う。数、割合、時間、密度を分けると、増えた・減ったという短い言葉の中身が明確になります。

捕食者が二匹になった結果を、一匹の値の二倍で予測するにも条件が必要です。互いに邪魔をしたり、同じ隠れ場所へ追い込んだりする影響がありえます。本稿の表は一匹固定です。個体数の多い実験へ広げるなら、捕食者同士の関係も新たな比較項目になります。