中学受験理科｜根はなぜ下へ曲がる？｜重力屈性の比較実験

発芽した植物を横向きに置くと、やがて根の先が下へ曲がることがあります。ここで「光を避けたから」と説明してよいでしょうか。横から光を当てていたなら、光の方向も関係するかもしれません。しかし、暗い中でも同じ向きに曲がるなら、光だけでは説明できません。

中学入試の植物実験では、似た見た目の変化を、異なる原因から区別する問いが出ます。根が伸びる場所を調べる実験と、根がどの向きへ伸びるかを調べる実験も別です。今回は、重力の方向に対する成長の応答である重力屈性を、比較条件から考えます。

置いた向きと、その後の成長を分ける

根には一般に重力の向きへ成長する性質があり、茎には重力と反対向きへ成長する性質があります。横に置いた直後に根全体がひものように垂れた現象とは区別してください。屈性は、刺激の方向に応じて成長の向きが変わる現象です。

観察では、最初の根の位置を写真や印で残し、一定時間後にどの部分がどちらへ曲がったかを比べます。最初から下向きに置かれていた根を最後だけ見ても、途中で向きを調節したかはわかりません。出発点を記録することが、変化を語る条件になります。

置き直したあとも、床の方向を固定して観察します。根の形は模式的で、成長量や曲がるまでの時間を定量表示した図ではありません。

一方向から光が来る条件では、光への応答と重力への応答が同時に働く可能性があります。そこで、同じ種類・発芽段階の苗を使い、温度や水分をそろえて暗い中で比較する方法が考えられます。光の方向による影響を避け、横置きと縦置きの違いを見るためです。

ただし、暗くすることは重力を消す操作ではありません。また、暗所で見られた変化を「他の条件の影響が絶対にない」と断定することもできません。実験で何をそろえ、何を変えたのかを言えるところまでで結論を止めます。

水分が片側だけ多ければ、水分の分布への応答も交ざり得ます。濡れた紙の一方だけが乾いた状態や、容器の下部に水がたまる状態では、「下」という位置と水分条件が一緒に変わります。根の周囲を均等に湿らせる意味は、発芽を助けることだけではありません。

同じ段階の苗を、均等に湿らせた支持体で横向きに固定します。A群は一方向から光を当て、B群は暗所に置きました。温度と観察時間は同じです。どちらも根の先端付近が下へ曲がりました。この結果は「横から来る光だけが、下向きに曲がる原因」という説明を支持しますか。

答え・解説： 支持しません。B群には一方向からの光がないのに、下への屈曲が見られたからです。重力に対する応答と整合する結果ですが、この二群だけで、すべての条件を完全に調べたとは言えません。光が根にまったく影響しないとまで一般化するのも行き過ぎです。

結論を短く書くなら、「暗所でも下に曲がったので、一方向からの光がなくてもこの変化は起こる」とします。観察から直接言える部分を先に書くと、原因についての推測を混ぜすぎずに済みます。

屈性による曲がりは、成長する部分の左右で伸び方に差が生じることで起こります。置き直した瞬間に、根の先端が必ず直角に折れ曲がるわけではありません。観察する時刻が早すぎると、応答がまだ十分に表れていない場合があります。

また、すでに伸び終わった部分と、伸長が盛んな部分では反応が異なります。「根が曲がる」という表現を根の全長が均一に曲がる意味にしないで、写真のどこが変化したかを読む必要があります。根に印をつけた別の実験と結びつけると、方向の変化と成長位置を分けて整理できます。

暗所で根が下向きに伸びた苗を、支持体ごと90度回転させ、根を水平にしました。水分や温度を変えずに一定時間置くと、新しく伸びた先端側が、部屋の床の方向へ曲がりました。「苗にとって初めの下側」へ伸び続けたのですか。それとも、置き直した後の重力の方向へ向きを変えたのですか。

答え・解説： 置き直した後の重力の方向へ向きを変えています。苗と支持体に描いた矢印も一緒に回るので、その矢印を基準にすると混乱します。図の外側に「床はこちら」という固定の矢印を置き、苗の向きと分けて読むと判断できます。

この実験で測っているのは向きの調節です。根の長さが前より増えたことだけでは、重力への屈性を示した説明になりません。「どちらへ曲がったか」を答えに含めます。

実験表を整理するときは、「光の方向」「重力に対する苗の向き」「水分」「経過時間」の欄を作り、その後に「先端の向き」を置きます。結果の絵だけを比べるより、変えた条件を一つずつ確認できます。複数の苗で傾向を確かめることも、一株の偶然を一般的な性質と取り違えないために役立ちます。

根は下、茎は上という知識は出発点です。入試で図が横向きになったときこそ、紙の下端と重力の向きを分けてください。知っている結論に図を合わせるのではなく、実験の置き方から矢印を描く。それが、比較実験を正しく読む練習になります。