地球上のほとんどの生き物が、緑の葉の中で静かに進む一つのはたらきに支えられています。植物は動物にできないことをします——空気と水と日光だけから、自分の食べものを作るのです。そのはたらきが 光合成 です。どうかみ合っているかが見えると、植物がなぜ緑なのか、私たちがなぜ呼吸できるのか、食物連鎖がほんとうはどこから始まるのかが説明できます。
生物の図や式が、まだしっくりきませんか。
面談では、考え方がどこでつまずいているのかを正確に突き止めます。売り込みも、契約の義務もありません。
光合成とは
光合成 とは、緑色植物・藻類・一部の細菌が 光エネルギー を使って 二酸化炭素 と 水 を グルコース（糖の一つ）と 酸素 に変えるはたらきです。言葉そのものが言い当てています——photo は光、synthesis は組み立てることを意味します。
光合成はほんとうはエネルギーの話です。太陽の光エネルギーがとらえられ、グルコースの中に化学エネルギーとしてたくわえられます。あとでどんな生き物かがその植物を食べれば（あるいは、その植物を食べたものを食べれば）、もとは日光から来たエネルギーを借りていることになります。
言葉の式と、つり合った式
光合成は、言葉の式としても化学（記号）の式としても知っておくことが求められます。どちらもまったく同じことを言っています。
carbon dioxide + water → glucose + oxygen
（光とクロロフィルがあるもとで）
6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂
二酸化炭素 6 ＋ 水 6 → グルコース 1 ＋ 酸素 6
光は反応物ではありません。 物質のように式の左に現れるのではなく、反応を進める エネルギー源 です。クロロフィルも同じです。光を吸収しますが使い切られないので、式の中ではなく矢印の上に書きます。
植物に必要な四つのもの
| 必要なもの | どこから来るか | なぜ必要か |
|---|---|---|
| 二酸化炭素 | 空気から、葉の小さな穴（気孔）を通って | グルコースを組み立てる炭素を供える |
| 水 | 土から、根が吸い上げて | グルコースを組み立てる水素を供える |
| 光 | 太陽（またはランプ） | 反応を進めるエネルギーを供える |
| クロロフィル | 葉の細胞の中の葉緑体 | 光エネルギーを吸収する（そして葉を緑にする） |
葉が緑に見えるのは、クロロフィルが赤い光と青い光を吸収し、緑の光は目のほうへ 返す からです。目に見える色は、その植物が 使っていない 光なのです。
葉がこの仕事のためにできている理由
葉が平たくうすいのは偶然ではありません——ほとんどどの特徴も、光合成をより効率よくする適応です。
- • 広くて平たい——表面が広く、光を多くとらえられる。
- • うすい——気体が出入りする道のりが短い。
- • 気孔——おもに裏側にある穴で、CO₂ を入れ、O₂ を出す。
- • 葉脈——根から水を運び、グルコースを運び去る。
- • 葉緑体がびっしり——とくに上の層、光に近いところに。
限定要因：速さを上げるもの、下げるもの
光合成の速さは、おもに三つの条件で決まります。限定要因 とは、いちばん足りていないもののことです——ほかがどれだけ十分でも、全体を押さえてしまう関所です。
- 1. 光の強さ——光が強いほど反応は速くなる（ほかの何かが足りなくなるまで）。
- 2. 二酸化炭素の濃さ——CO₂ が多いほど反応は速くなる。
- 3. 温度——暖かさは速さを上げるが、暑すぎると酵素が傷み、遅くなるか止まる。
- 光は明るく、温度は暖かい——どちらも反応を限定していません。
- 光と温度が関所でないなら、残る要因は 二酸化炭素 にちがいありません。
- CO₂ が 限定要因 です。CO₂ をふやせば、速さはまた上がるでしょう。
光合成が大切な理由
- • その植物と、食物連鎖のどの動物をも養う グルコース をつくります。
- • ほとんどの生き物が呼吸に必要とする 酸素 を放します。
- • 空気から 二酸化炭素 を取り去り、大気のつり合いを保つのを助けます。
光合成と呼吸は、かみ合う反対のはたらきです。光合成はグルコースを組み立て酸素を放すことでエネルギーを たくわえ、呼吸は酸素を使ってグルコースを分解し、そのエネルギーを 取り出し ます。植物は両方を行います——光のもとで光合成をし、いつも呼吸をしています。
- 光合成は、光エネルギーを使って CO₂ ＋水をグルコース＋酸素に変える。
- 言葉の式：二酸化炭素＋水 → グルコース＋酸素。
- 記号の式：6CO₂ + 6H₂O → C₆H₁₂O₆ + 6O₂。
- クロロフィルは光を吸収する。葉が緑に見えるのは、緑の光を返すから。
- 光とクロロフィルは矢印の上に書く——反応物ではない。
- 限定要因：光の強さ、CO₂ の濃さ、温度。
- 食物連鎖にエネルギーを、空気に酸素を供える。
光合成の言葉の式を書きなさい。
ヒント：左に反応物が二つ、右に生成物が二つ。
光合成のために光を吸収する緑色の色素の名前を挙げ、それを含む細胞の構造を答えなさい。
ヒント：色素の名前は「クロロ」で始まります。構造の名前も同じです。
植物は、使う二酸化炭素と水をどこから得ますか。
ヒント：一方は葉から、もう一方は根から。
ある農家は温室を暖かく、明るく保っているのに、作物の成長がそれ以上速くなりません。限定要因と、それを直す方法を一つ挙げなさい。
ヒント：三つの要因のうち、ふやされていないのはどれでしょう。
葉がふつう広く、平たく、うすいのはなぜか説明しなさい。
ヒント：光をとらえることと、気体を動かすことを考えましょう。
光合成と呼吸はどう関わっていますか。
ヒント：それぞれが何を使い、何をつくるかをくらべましょう。
次は：呼吸と炭素の循環
光合成は話の半分です——もう半分が呼吸で、二つがそろって炭素の循環を動かし、この惑星全体を回しています。生物の式や図が一度に頭に入りきらないと感じるなら、まず面談から始めてください。ひとつずつ積み上げていきます。