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生態系・食物連鎖・エネルギーの流れ

生態系とは、ある場所にすむ生き物と、そのまわりの生き物でないものが、つながり合っている全体のことです。エネルギーは太陽の光として入り、食物連鎖を一方向に進み、次の段階へ移るのは約10%だけです。

🎬 ステップ別ストーリー

  1. この池は生態系です。植物・魚・カエルは生き物(生物的要素)。太陽の光・水・土・空気・岩は生き物ではないもの(非生物的要素)。数えてみましょう。みんなが一緒にはたらいています。
  2. 生き物にはそれぞれ役割があります。緑色の植物は太陽の光で養分をつくる「生産者」。動物は他の生き物を食べる「消費者」。キノコや細菌は死んだものを分解する「分解者」です。
  3. 食物連鎖が伸びていくのを見ましょう。草 → バッタ → カエル → ヘビ → ワシ。矢印は「食べられる」という意味です。連鎖の一つ一つの段が栄養段階です。
  4. エネルギーは全部は伝わりません。次の段階へ行くのは約10%だけで、残りは熱として失われます。ピラミッドを見てください。10,000 J → 1,000 J → 100 J → 10 J。だから食物連鎖は3〜4段階で終わるのです。
  5. 次は赤い点です。DDTのような農薬を表します。草には少しだけあります。動物は下の段階の生き物をたくさん食べ、この薬は分解されません。だから頂点のワシが一番多く持ちます。これが生物濃縮です。
  6. あなたの番です。はじめのエネルギーのスライダーを動かして、下の各段階のエネルギーを読んでみましょう。「農薬を表示」にチェックを入れると、毒がたまる場所がわかります。ドラッグして場面を回せます。

ヒント:3Dをドラッグすると回せます。2本指で拡大・縮小できます。

🤔 よくある疑問をスッキリ解決

人がつくった花壇や水槽も、本当に生態系といえますか。

はい。生き物(植物、魚)が、生き物でないもの(水、光、土)と関わり合っています。人が準備して世話をするので、人工の生態系と呼ばれます。

分解者は食物連鎖のどこに入りますか。

連鎖の一つの輪ではありません。すべての段階の死んだものにはたらき、生産者のために無機養分を土にもどします。池では、キノコは列の中ではなく、岸のほうに見えます。

食物連鎖の矢印はどちら向きですか。

食べ物から食べる側へ、エネルギーが動く向きです。草 → バッタ。連鎖がブロックごとに積み上がるのを見てください。

失われた90%のエネルギーはどこへ行きますか。

ほとんどは動物自身の生活(呼吸、動く、体をあたためる)に使われて熱として逃げます。一部は骨・毛・消化されないふんに残ります。ピラミッドから出ていくオレンジ色の熱のけむりを見てください。

無機養分のように、エネルギーは植物にもどれないのですか。

熱として失われたエネルギーは周囲に広がり、植物は熱から養分をつくれません。使えるのは太陽の光だけです。だからピラミッドは上から満たされることはありません。

連鎖を上がるほどエネルギーは減るのに、なぜDDTは増えるのですか。

エネルギーは使われて失われますが、DDTは分解されず、体の外にも出ません。食べる側は何回もの食事からDDTを集めるので、たまっていきます。各ブロックの赤い点を比べてみましょう。

生態系とは何か

生態系とは、生き物どうしと、まわりの生き物でないものが関わり合う自然のまとまりです。森・池・湖・草原・砂漠は自然の生態系です。花壇・畑・水槽は人が計画して世話をするので、人工の(人がつくった)生態系といいます。

生物的要素と非生物的要素

生物的要素は生きている部分で、植物・動物・菌類・細菌です。非生物的要素は生きていない部分で、太陽の光・温度・水・空気・土・無機養分です。どちらか一方を取り除くと、もう一方も変わってしまいます。太陽の光がなければ植物は枯れ、植物がなければ動物は飢えます。

生産者・消費者・分解者

生産者は緑色の植物と、一部の細菌(シアノバクテリアなど)で、光合成で養分をつくります。独立栄養生物とも呼ばれます。

消費者は自分で養分をつくれないので、他の生き物を食べます。草食動物(植物を食べる。例:ヤギ)、肉食動物(動物を食べる。例:ライオン)、雑食動物(両方食べる。例:カラス、人間)、寄生生物(宿主に取りつく。例:シラミ)に分けられます。

分解者は細菌や菌類で、死んだ植物や動物を簡単な物質に分解します。これで無機養分が土にもどり、生産者がまた使えます。分解者がいなければ、死んだものがたまり続け、土の養分もなくなってしまいます。

食物連鎖・食物網・栄養段階

食物連鎖とは、食べる・食べられるの関係が一列につながったものです。例:草 → バッタ → カエル → ヘビ → ワシ。水の中では、藻 → 小魚 → 大きな魚 → サギ。

食物連鎖の一つ一つの段が栄養段階です。T1 = 生産者、T2 = 一次消費者(草食動物)、T3 = 二次消費者、T4 = 三次消費者。

自然界では、多くの動物が一種類以上のものを食べ、一種類以上の敵に食べられます。そのため、たくさんの食物連鎖がつながって網のようになります。これが食物網です。食物網があると生態系は安定します。ある食べ物が少なくなっても、別の食べ物に切りかえられるからです。

エネルギーの流れと10%の法則

緑色の植物は、葉に当たる太陽の光のうち約1%しかとらえません。草食動物が植物を食べると、その植物にたくわえられたエネルギーの約10%しか得られません。残りは植物自身の生命活動に使われたり、熱として失われたり、食べられない部分や消化されない部分に残ったりします。これが10%の法則です(リンデマンが示しました)。

エネルギーの流れが一方向である理由

エネルギーは 太陽 → 生産者 → 草食動物 → 肉食動物 と進みます。もどることはありません。熱として失われたエネルギーは、植物が再び使うことができないからです。だからエネルギーの流れは一方向です。これに対して無機養分は、分解者のはたらきでぐるぐる回ります。

食物連鎖が3〜4段階しかない理由

エネルギーは一段ごとに10分の1になります。4段目や5段目になると、残りが少なすぎて生き物の集団を支えられません。だから頂点の肉食動物は数が少ないのです。また、菜食(2段目で食べる)は、太陽のエネルギーのむだが少なくなります。

生物濃縮

DDTのような農薬は作物にまかれます。一部は土や水に流れこみ、植物に入ります。これらの薬は分解されず、体の外にも出ていかないので、脂肪にたまります。植物をたくさん食べた動物は、その全部の薬を集めます。次の動物はそうした動物をたくさん食べ、さらにその次も同じです。

こうして、体重1 kgあたりの薬の量は、栄養段階が上がるごとに増えていきます。これが生物濃縮です。人間を含む頂点の消費者が最も多くの量を取りこみます。だから穀物・野菜・魚、さらには牛乳にも農薬がわずかに含まれることがあるのです。

重要な公式と用語

例題

1. 池の生物的要素を2つ、非生物的要素を2つあげなさい。

生物的要素:水草(クロモ、藻)、魚、カエル、細菌。非生物的要素:水、太陽の光、とけている酸素、底の土、温度。

2. ある食物連鎖で、生産者が20,000 Jのエネルギーを持っています。二次消費者に届くエネルギーはいくらですか。

生産者 → 一次消費者:20,000 × 10% = 2,000 J。一次 → 二次消費者:2,000 × 10% = 200 J。答え:200 J。

3. タカ(第4栄養段階)が5 Jのエネルギーを得ました。その連鎖の生産者には、いくらのエネルギーがありましたか。

一段下がるごとに10倍になります。第3段階:50 J、第2段階:500 J、第1段階:5,000 J。生産者は5,000 Jを持っていました。

4. 草 → シカ → トラの連鎖で、草が100,000 kJ持つとき、トラが得るエネルギーはいくらですか。また、それは草のエネルギーの何分の一ですか。

シカ:100,000 × 0.1 = 10,000 kJ。トラ:10,000 × 0.1 = 1,000 kJ。割合 = 1,000 / 100,000 = 1/100 = 1%。

5. DDTで汚れた湖の魚を食べる人間は、なぜ魚よりも多くのDDTを持つのですか。

DDTは分解されず、体の脂肪にたまります。人間は長い間にたくさんの魚を食べるので、そのDDTが全部人間にたまります。人間は栄養段階が上なので、最も高い濃度になります。これが生物濃縮です。

6. 食物網が一本の食物連鎖より安定しているのはなぜですか。

食物網では、どの動物にも食べ物の選択肢がいくつかあります。ある獲物が少なくなっても、捕食者は別のものを食べられるので、生態系はくずれません。

よくある間違い

練習クイズ

1. 次のうち、非生物的要素はどれですか。
2. 水槽は次のどれですか。
3. 生産者が5,000 Jを持つとき、一次消費者が得るのはおよそいくらですか。
4. 草 → 昆虫 → カエル → ヘビ の中で、DDTの濃度が最も高くなる生き物はどれですか。
5. 生態系でのエネルギーの流れは次のどれですか。

練習:自分で答えてみよう

答えを入力するか選んで、「チェック」を押そう。困ったらヒントを見てね。解答は答えたあとに表示されます。

よくある質問

10%の法則をかんたんに言うと?

ある生き物が別の生き物を食べるとき、食べ物にたくわえられていたエネルギーの約10分の1しか得られません。残りの90%は使われたり、熱として失われたりします。

食物連鎖はなぜたいてい3〜4段階しかないのですか。

エネルギーが一段ごとに10分の1になるからです。4段階をすぎると、次の動物の集団を養うだけのエネルギーが残りません。

この内容はインドのCBSEクラス10の試験に出ますか。

はい。「自然資源」の単元の「私たちの環境」という章に含まれます。食物連鎖、10%の法則の計算、生物濃縮は、2〜3点の記述問題でよく出ます。

学ぶ場所

Canada (Ontario)Grade 9B. Biology
NetherlandsVWO 2 (onderbouw)Organisms and environment
PolandSzkoła podstawowa, klasa VIIIVII. Ecology and environmental protection
RomaniaClasa a IX-aEnvironmental protection
Spain2º ESOEcology and sustainability
Ukraine9 класHumans and the biosphere
CBSE (India)Class 8How Nature Works in Harmony
CBSE (India)Class 10Natural Resources
England (GCSE, A level)Year 9Biology: Interactions and interdependencies
England (GCSE, A level)Year 114.7 Ecology
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USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 8MS-LS2 Ecosystems
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 10Ecosystems: interactions, energy and dynamics
USA (Common Core, NGSS, AP)Grade 12The Living World: Ecosystems
Japan中学3年Field 2 (7): Nature and humans
Japan高校1年Biodiversity and ecosystems
South Korea고등학교 1학년Environment and energy
Germany (Bavaria)Jahrgangsstufe 9Soil ecosystem
FranceTroisièmeEarth, environment and human action
FrancePremièreContemporary environmental issues
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FranceTerminaleContemporary environmental issues
Russia8 классEvolution and ecology of animals
Russia8 классAnimals in communities
China八年级(初二)U5 Ch.1 Ecosystems
China高二Sel.2 Ch.3 Ecosystems

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