中学受験理科｜ワムシの頭には車輪がある？｜繊毛と流れる粒子

顕微鏡でワムシを見ると、頭の先で車輪が回っているように見えることがあります。しかし、本物の車輪が一枚の部品として回転しているわけではありません。多くのワムシでは細かな繊毛の動きが続き、周囲の水や粒子の動きと重なって回るような印象を作ります。名前や見た目をそのまま構造の説明にしないことが、この観察の出発点です。

繊毛の動きと粒子の移動

ワムシ類は小さな動物で、種類によって形や生活の仕方が違います。ここでは頭部に繊毛のある型を扱います。繊毛は水の動きや摂食、移動などに関係しますが、全ての種が同じ方法で餌を取るとは限りません。顕微鏡の視野を横切る粒子を見たときも、それが繊毛の力だけで動いたかは、周囲の流れと比べる必要があります。

水滴の端で蒸発が進んだり、プレパラートが動いたりすると、視野全体の粒子が流れることがあります。ワムシの近くと離れた場所を同時に観察すれば、局所的な流れか全体の流れかを考える材料になります。粒子が口元へ近づいたことと、実際に体内へ取り込まれたことも別の観察です。

写真の縮尺が一定で、水流による移動を考えない例題模型。写った長さを、そのまま生物の移動距離にしない。

例題1｜視野の距離を実際の長さへ

写真上の10mmが実際の0.2mmに相当します。粒子が写真上で15mm移動するのに3秒かかりました。実際の移動距離と、平均の速さを求めましょう。

答え・解説：距離は0.2×15÷10＝0.3mm、速さは0.3÷3＝0.1mm毎秒です。写真の十五ミリメートルをそのまま粒子の実際の道のりにしないようにします。縮尺は写真の印刷サイズが変われば変わるため、付属のスケールを使います。

例題2｜見えた数から密度を求める

十分混ぜた培養水から0.1mLずつ三回採る模型で、ワムシが8匹、12匹、10匹いました。三回を合わせた1mL当たりの推定個体数と、同じ密度と仮定した20mL全体の推定数を求めましょう。

答え・解説：合計30匹を0.3mLで観察したので、30÷0.3＝100匹毎mLです。20mLなら2000匹と推定します。三回の観察で同じ個体を繰り返し数えない方法を使い、均一に分布する模型です。実際の全個体を一匹ずつ数えた値ではありません。

倍率だけでは細部が分かるとは限らない

映像を拡大して大きく表示しても、元の画像にない細部が新しく見えるわけではありません。繊毛の一本一本を分けて見るには、顕微鏡の解像の条件が関係します。「大きく見える」と「隣り合う二つを区別できる」を分けます。ぼやけた輪が見えた場合、それを連続した硬い輪だと決めず、観察できた範囲で表現します。

動画では、撮影する間隔と動きの周期の組合せで、止まったり逆向きに進んだりするように見える場合があります。車輪の映像と同じく、見かけの回転をそのまま各繊毛の移動方向へ置き換えないようにします。十分細かな時間間隔の記録や、周囲の粒子の軌跡を合わせて読むと、静止画一枚より多くの情報を得られます。

個体の動きと水の流れを分ける

ワムシ自身が視野内を移動していれば、頭部を基準にした粒子の位置と、画面を基準にした位置は異なります。頭部へ近づくかを調べるなら、動く個体の位置も追います。個体と粒子が同じ方向へ同じ速さで流れているとき、画面では両方動いていても、互いの距離は変わらないことがあります。

卵を持つ個体を数える場合には、卵を一匹として個体数へ足すかどうかも、調査の定義で決めます。孵化した個体だけを数える表へ、付着した卵の数を混ぜると増殖の読み方が変わります。生物の数は自然に一つに決まる数字ではなく、観察対象と数え方を明示して初めて比較できる値になります。

光の当て方や観察時間によって水温が変われば、生物の活動にも影響し得ます。観察している装置自体が条件を変える可能性を考え、長時間の記録では開始時と終了時の温度なども確認します。小さな生物を扱うほど、見えた動きをすぐ名前へ結び付けるより、距離、時間、体積という測定の基準をそろえることが役立ちます。

視野を一つ増やすことと、水量を増やすこと

顕微鏡の視野で見つけた数を比べるとき、視野の広さが変わっていないかを確かめます。倍率を高くして狭い範囲だけを見ると、同じ水でも一画面に入る個体数は少なくなることがあります。画面に五匹から二匹へ減ったからといって、培養水全体の数が減ったとは言えません。密度へ直すなら、観察した体積を知る必要があります。

横に広い範囲を見ただけでは、その中の水の厚さまで分かるわけではありません。スライドガラスとカバーガラスの間隔が違えば、同じ面積の視野でも含まれる水量が変わります。例題二は採った体積が決められているので、数を体積で割れます。写真の面積だけを与えられた問題へ、同じ計算を持ち込まないようにしましょう。面積当たりの数と体積当たりの数は別の指標です。

粒子の速さを測る際には、位置の点を時間順に結びます。曲がった経路を進んだ粒子なら、出発点と終点の直線距離は、実際に進んだ道のりより短くなることがあります。例題一では示された移動距離を使いますが、軌跡が与えられた図なら、何を距離として測る指定なのかが重要です。口元へ近づいたかという問いでは距離の変化、どれだけ進んだかという問いでは経路の長さに注目します。

小さな生物の動画は、動いているものに目を奪われやすい教材です。けれども数値を扱うときは、画面上の距離を実際の距離へ直す尺度、記録間隔、採った水量を先に書き出します。この三つがそろえば、ワムシを初めて見た子どもでも資料から計算を進められます。生物名に詳しいことと、測定の基準をそろえることを別の力として育てましょう。