中学受験理科｜クモは羽がなくても飛ぶ？｜糸・風・電気の比較実験

糸を出して空中へ移動するクモ

クモの中には、糸を出して空中を移動するものがいます。この移動はバルーニングと呼ばれます。羽を羽ばたかせる飛行とは違い、糸が空気の流れなどから力を受けることが関わります。さらに、風がほとんどない実験条件でも、電場がクモの離陸や上昇に関わることを示した研究があります。中学入試の資料として読むなら、風だけが唯一の原因、と決めつけず、条件を一つずつ変える考え方が重要です。

電場は、電気を帯びたものへ力が働く空間の状態を表す言葉です。専門的な計算式を知らなくても、実験で電場をオンとオフにしたときに何が変わったかを読めます。研究である仕組みが働くと示されたことと、野外の全ての移動でその仕組みだけが働くことは違います。自然では風、糸、体の重さ、電気的な条件などが組み合わさります。

風と電場を四つの条件で比べる。数値がある図は本文の例題用模型です。

風と電場を四つの組合せにする

風なし・電場なし、風あり・電場なし、風なし・電場あり、風あり・電場あり、という四つの条件をつくると、二つの要因を分けて比較できます。風の影響を見るなら、電場を同じにした組を選びます。電場の影響を見るなら、風を同じにした組です。どちらも変わる二群を比べても、差の原因を一つに絞れません。

ただし、クモの種類や大きさ、糸を出す状態、測定時間が違えば、結果に別の差が混ざります。同じ個体を何度も使う場合は、疲れや慣れ、試験順序も問題になります。入試の表で各条件を複数回調べているのは、偶然の一回を一般的な傾向と取り違えないためです。一匹が一度飛んだという観察と、一定条件で離陸する割合が変わるという結果を分けます。

離陸と遠くへ届くことを混ぜない

糸を出した個体の数、地面から離れた個体の数、一定距離へ届いた個体の数は異なります。糸を出しても離陸しない場合があり、離陸してもすぐ近くへ着く場合があります。表の見出しが離陸率なら、そこから移動距離まで決めることはできません。長距離移動を扱う問題なら、風向や時間など別の資料も必要です。

また、小さいクモだから空気より軽いという説明にはなりません。重さがあっても、糸などへ働く上向きの力が関われば上昇できます。浮かぶという言葉だけを見て、風船と全く同じ密度の仕組みに結び付けないようにしましょう。からだと糸へどんな力が働くという資料なのかを読み、必要なら上下の矢印に直します。

例題1｜電場の影響を調べる比較

同じ種類のクモを各20匹ずつ、同じ時間調べました。Aは風なし・電場なしで離陸0匹、Bは風あり・電場なしで6匹、Cは風なし・電場ありで8匹、Dは風あり・電場ありで12匹でした。風のない条件で電場の影響を調べるには、どれとどれを比べますか。

答え・解説：AとCです。風なしをそろえ、電場だけを変えています。0匹と8匹という差が、今回の条件で電場が離陸に関わる可能性を考える根拠です。BとCでは風も電場も変わるので、電場だけの比較にはなりません。なお、この数値は本稿の練習用の模型で、紹介した研究の測定値を再現したものではありません。

例題2｜離陸率と到達数

上のDの離陸率を求めます。さらに離陸した12匹のうち、指定した範囲へ到達したのが半分だったとします。最初の20匹に対する到達率は何％ですか。

答え・解説：離陸率は60％、到達率は30％です。12÷20×100＝60、到達数は12×1/2＝6匹なので6÷20×100＝30です。「半分」は離陸した12匹を分母としています。その50％を、最初の全個体に対する割合として使ってはいけません。段階ごとに分母を記入すると、似た百分率を取り違えずに済みます。

新しい説明を足しても、古い原因を全否定しない

電場の影響があるという研究を読んでも、風は関係しないという結論にはなりません。原因が一つ増えたとき、以前から考えられていた要因とどう組み合わさるかを調べる必要があります。選択肢の「必ず」「だけ」「全て」に注意すると、資料を超えた説明を外せます。クモの移動という珍しい話題でも、二要因の比較、試行数、段階ごとの割合という基本を使って、根拠のある答えを作れます。

無風という記録の読み方

実験装置で風を抑えたときにも、装置の温度差などによる微弱な流れを完全にゼロとするのは簡単ではありません。研究で風と電場の役割を分けるには、それぞれの測定と制御が重要になります。入試の模型では問題文が無風と定めた条件を使いますが、現実の観察へ戻るときは測定の限界を考えます。無風と書かれた一語を、全ての外力がないという意味へ広げないようにします。

電場を入れたときに、クモが糸を出す行動そのものが増える場合と、既に出した糸に上向きの力が働く場合は、違う観察です。行動の開始、離陸、空中での上下移動を別々に記録すると、何が変わったかを絞れます。表に離陸だけしかなければ、糸の量や移動の高さまで推測しないようにします。

風向が一定の模型で地面に対する移動を調べるときも、水平に運ばれる距離と上がる高さを分けます。二つを足して飛行距離と呼ぶには経路の情報が必要です。見慣れない生物の行動は、つい一つの物語で説明したくなりますが、測った量を小さく切り分けると、条件の比較と計算を確実につなげられます。