植物は、光からどうやってごはんを作るの？
植物は、土をそのまま食べて大きくなるのかな？ 光のエネルギーと、空気や水の材料を分けて考えてみよう。
まず、ひとことで
植物は、二酸化炭素と水を材料に、光のエネルギーを使って糖を作るんだ。
植物には、小さなものづくりの場所がある
草や木は、おにぎりを口に運ばなくても育つね。多くの植物は、光のエネルギーを使い、二酸化炭素と水から糖を作るんだ。この働きを「光合成」というよ。糖は甘いお菓子だけの名前ではなく、生きものが使う物質の仲間なんだ。
葉などの細胞の中には、葉緑体という小さなつくりがあり、光合成が行われるよ。細胞は生きものの体を作る小さな単位なんだ。葉を大きな一枚の板として見るだけでなく、小さな細胞が集まったものとして見ると、説明の場所がはっきりするね。
「葉は工場」というたとえを使うなら、何を入れて何を作る工場なのかを考えてみよう。葉の中に人や機械が入っているわけではないよ。材料が変わって別の物質ができる、という関係を整理するためのたとえなんだ。
材料と、動かすエネルギーを分けよう
糖を作る材料として、二酸化炭素と水が必要だよ。二酸化炭素は空気に含まれる気体。水は根から取りこまれ、植物の体の中を運ばれるんだ。目に見える土だけに注目すると、空気から入る材料を見落としてしまうね。
一方、光が届けるのはエネルギーだよ。光がそのまま小さな砂糖のかたまりになって葉に落ちてくるわけではないんだ。料理なら材料と調理に使うエネルギーを分けるように、物質の出入りとエネルギーの役目を分けて考えてみよう。
下の図では、材料の矢印と、光のエネルギーの矢印を分けて描いたよ。作られるものには糖と酸素があるね。実際にはたくさんの段階を通るけれど、まずは「何が入り、何ができるか」という全体の関係をつかもう。
二酸化炭素と水を材料に、光のエネルギーを使って糖を作る関係を表したよ。光は物質の材料とは別に描いているんだ。細かな反応や、原子の数、呼吸の経路は省略した模式図だよ。
出典資料に基づきEggplanetが作成した模式図土は役に立たない、ということ？
空気からも材料が来ると知ると、「土はいらないの？」と考えるかもしれないね。土は根を支えたり、水や無機養分を供給したりする大切な場所だよ。植物が必要とするものは一種類ではなく、それぞれに違う仕事があるんだ。
肥料と糖も、まったく同じものとして扱わないようにしよう。肥料には植物に必要な養分を補う役目があるけれど、光合成で糖を作ることを、肥料をたくさん入れるだけで全部置き換えられるわけではないんだ。
身近なものを分類するなら、紙に「光」「水」「二酸化炭素」「土にある養分」と書いてみよう。それぞれが何を助けるのかを短い言葉で添えるんだ。「植物に必要」という一つの箱から、役目の違いを見つけられるよ。
作った糖は、どこへ行くのかな？
作られた糖は、植物が生きるために利用されたり、体を作る材料につながったりするよ。葉で作られたものが、植物のほかの場所へ運ばれることもあるんだ。光を受ける葉だけを見ていると、根や茎とのつながりが見えにくいね。
植物の絵を描いて、根、茎、葉を結んでみよう。水が入る場所と、光を受ける場所は同じとは限らないよ。別々の部分が働いているのに、一つの体として育つ。このつながりを考えると、植物をただ緑色の物として見るのとは違ってくるね。
ただし、一本の矢印が一本の管や、一回の運搬をそのまま写しているとは限らないよ。最初の図は関係を簡単に示すもの。もっと詳しく知りたくなったら、どの物質がどこを通るのかという、次の段階の問いを立てよう。
植物も、呼吸をしているよ
「動物は呼吸、植物は光合成」と二つに分けたくなるけれど、植物の細胞も呼吸をするんだ。糖などを使い、生きる働きに使えるエネルギーを取り出すよ。光合成と呼吸は、同じ名前の働きではないんだね。
光合成には光が必要だけれど、細胞の呼吸は夜だけの仕事ではないよ。昼にも行われるんだ。昼と夜の二枚の絵を作るなら、呼吸の印を夜だけに置かないようにしよう。暗くなったら植物が生きる働きを全部休むわけではないんだ。
酸素を出す光合成の説明と、酸素を使う呼吸の説明を読んでも、すぐ矛盾だと思わなくてよいよ。一つの生きものの中で、違う働きが進むことがあるんだ。どの働きについて話しているかを、見出しと言葉で確かめよう。
光合成には光が必要で、細胞の呼吸は昼にも夜にも行われるよ。働く時間に注目した整理図で、反応の速さや、植物全体の酸素の出入りの量を比べているわけではないよ。
出典資料に基づきEggplanetが作成した模式図葉を見ただけで、光合成の量は分かる？
葉が緑色だったという観察と、どれくらい糖が作られたかという問いは別だよ。見た色や形を記録するだけでは、光合成の速さを直接測ったことにはならないんだ。目で見たことと、そこから考えたことを分けるのがポイントだね。
学校や家で植物を観察するなら、いつもの世話を続けながら、同じ場所から葉の形や数を記録してみよう。水を与えないなど、植物を弱らせる活動をする必要はないよ。写真や絵に日付をつけるだけでも、前との違いを比べられるんだ。
もし二つの鉢の育ち方が違っても、光だけが原因だとすぐ決めないでね。植物の種類や大きさ、水、温度なども違うかもしれない。比べたい条件と、そろえる条件を考える練習が、観察から実験へ進む入り口になるよ。
葉から、お皿の上へ問いをつなごう
食卓にある野菜を思い浮かべよう。食べるのが葉なのか、根なのか、実なのかによって、見ている植物の場所は違うね。まずは知っている野菜の絵を一つ描き、土の上と下、葉と根を区別してみよう。
次に「光を受けるところ」と「自分が食べるところ」を丸で囲もう。二つが同じとは限らないね。ここから、葉で作られた物質が体のほかの場所へどうつながるのかという問いを作れるよ。答えをまだ知らなくても、場所を分けると調べたいことがはっきりするんだ。
スーパーの野菜だけでは、育っていたときの葉や茎が分からないこともあるね。その場合は栽培の図や写真を確かめよう。見えていない部分を想像で埋めるより、資料で確認して、観察したものと補った情報を分けて記録してみてね。
どっとと考えよう：光は材料の仲間？
問いは「光と水は、どちらも同じ意味で糖の材料なのかな？」。水は物質で、光はこの説明ではエネルギーを届ける役目だね。どちらも必要だけれど、必要だから同じ種類、というわけではないんだ。
紙に材料の箱とエネルギーの箱を分けて描こう。二酸化炭素と水は前の箱へ、光は後の箱へ置いてみてね。そこから糖を作る働きへ矢印を結ぶと、短い言葉だけでも関係を説明できるよ。自分の図を見せて、相手がたどれるか確かめよう。
最後に、「植物は、空気と水の材料を使い、光のエネルギーで糖を作る」と声に出してみよう。土の中だけを見ていた問いが、空気や太陽へつながったね。窓の外の葉一枚にも、見えない物質の出入りとエネルギーの流れがあるんだ。
ことばのメモ
- 光合成（こうごうせい）
- 光のエネルギーを使って、二酸化炭素と水から糖などを作る働き。
- 葉緑体（ようりょくたい）
- 植物の細胞の中にある、光合成を行う小さなつくり。
もとになった資料・もっと知りたい人へ
下記の資料をもとに、説明と考える問題を独自に構成しています。外部資料には英語のページもあります。どっとの画像は案内用のイラストで、観測写真や科学的な図ではありません。
- Smithsonian：Photosynthesis, Nutrients, Soil & Basic Plant Information
- Arizona State University：Photosynthesis
- OpenStax：Overview of Photosynthesis
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