中学受験理科｜粘菌が迷路を解くとは？｜広がる時と管を残す時を分ける

粘菌が迷路を解くという話を聞くと、小さな生き物が入口から出口まで歩いて最短の道を探す場面を想像するかもしれません。研究で使われる真正粘菌の変形体では、迷路全体へ広がった体が、餌の配置に応じて管を残す形へ変化します。最初の広がりと、最後に残った経路を分けて観察することが重要です。

管は体の外に作った道路ではない

モジホコリの変形体は、アメーバのように広がる体です。見えている管状のつながりは、体そのものの一部であり、アリの行列のように多数の個体が道路を歩いているわけではありません。ここを取り違えると、太い管が一本あるから一匹だけ通っている、という説明になってしまいます。

餌を二か所へ置いた実験では、その間を結ぶ管を残し、ほかの場所から体を引く様子が観察されています。脳や神経を持たない体でも、配置に応じた形の変化が起こるという点が題材になります。ただし、「人間と同じ方法で地図を読んだ」と擬人化するのは避けます。

図：知能の擬人化でなく、餌配置による体の経路と長さの変化を読む。数値は本文の例題条件に対応する模型です。

迷路の全面に広がった写真と、細い経路だけ残った写真があるとき、後者を最初の状態だと読むと実験の意味が逆になります。時刻、餌を置いた時点、観察した範囲を確認してから比較します。

管が減ったことは、必ずしも体の材料が同じ割合で消えたことを意味しません。残った管が太くなったり、餌の周りへ集まったりしている可能性があります。写真から測った総延長と、体積や重さは別の量です。長さだけの資料なら、言えるのは長さについての変化までです。

模型図で、二つの餌を結ぶ経路Aは6cm、経路Bは9cm、行き止まりへ伸びた枝は4cmでした。初めは三つすべてに管があり、その後Aだけが残ったとします。管の総延長は何cm減り、最初の何%が残りましたか。太さは計算しません。

答え・解説： 最初は6＋9＋4＝19cm、残るのは6cmなので13cm減ります。割合は6÷19×100で、約31.6%です。6÷9は二つの経路の比較であり、初めの総延長に対する割合ではありません。

二つの餌を結ぶ経路Cは8cm、Dは10cmでした。ただしCには途中に乾いた区間があり、実験では管を維持できません。Dは全体が適切に湿っています。この条件で、維持できる経路のうち短い方はどれですか。また、長さだけを使って「最短のCを選ぶはず」とする説明の問題点を書きなさい。

答え・解説： Dです。Cは維持できるという条件を満たさないため、候補から外れます。長さだけを比べる説明は、通れる場所という制約を無視しています。最短という言葉は、どの候補集合の中で短いのかと組にして使います。

餌が三か所あると、二点間の最短経路だけでは全体のつながりを評価できません。どれか一か所を孤立させれば管を短くできても、すべての餌を結ぶ条件に反します。まず全地点がつながっているかを確認し、そのうえで総延長を比べます。

一方で、別経路を少し残すと総延長は増えますが、どこかが切れてもつながりを保てる場合があります。短さと切れにくさは異なる評価です。問題文が「長さを最小にする」と指定しているのか、「一本切れてもつながる」と指定しているのかで、よい形は変わります。

ある実験で短い経路が残ったからといって、どんな迷路でも必ず同じ時刻に唯一の最短経路だけが残るとは限りません。生き物の状態、餌、温度、水分、観察時間などの条件があります。記事の例題は、観察図を数値化した練習用の模型です。

記述問題なら、「餌のある二地点を結ぶ管が残り、行き止まりの管は減った」と観察事実を書くことから始めます。その後、「限られた体を餌の間に配分する仕組みと考えられる」と解釈を分けると、証拠のない知能や目的を断定せずに済みます。

図から経路の長さを求める場合、曲がった道を直線距離で代用しないようにします。一つの道を短い線分に分けて足す、同じ縮尺の方眼を数えるなど、問題で指定された方法を使います。斜めの線の長さが不明なら、勝手に方眼の一辺と同じにしません。

共通部分がある二つの道を合計するときは、その共通の管を二重に数えるかどうかも確かめます。各経路の道のりを別々に求める問題なら両方へ含めますが、実際に存在する管の総延長なら一回だけです。粘菌の写真は、生物の適応と図形の読み方をつなぐ資料になります。

最終写真に一本だけ管が見えても、撮影の解像度より細い管が残っている可能性はあります。見えないものをゼロとして扱うときには、何mm以上の管を数えたかという観察の基準が必要です。これは生物が消えたという話ではなく、測定できる範囲の問題です。

迷路の線をなぞる作業では、壁の輪郭と管の中心線を区別します。壁が太く描かれた図で、その外側の長さを測れば経路を長めに見積もることになります。始点と終点を餌の中心にするのか、餌の縁にするのかもそろえると、複数の班の結果を比較しやすくなります。

脳がないという説明から、変形体が外界を全く感じていないと推論することもできません。神経系と同じ構造を持たないことと、環境の違いに応じて変化しないことは別です。体の形の時系列を根拠に、どの条件に応じた変化を観察したかを具体的に書くことができます。