生物の環境応答の問題

ある植物の根から同じ長さの切片を切り出し、いろいろな濃度のオーキシンを含む溶液に浮かべて、一定時間後の伸長量を測定した。結果は次の表のとおりである（濃度は相対値）。

この植物の芽生えを水平に置いたところ、根では重力の方向にオーキシンが移動し、根の上側のオーキシン濃度が相対値 1、下側のオーキシン濃度が相対値 10 になった。この状態が続くとき、表の実験と同じ時間で、根の上側の伸長量は下側の伸長量より何 mm 大きいか。ただし、根の上側・下側の伸長量は、それぞれのオーキシン濃度での表の切片の伸長量に等しいものとする。

マカラスムギの幼葉鞘の先端部が、片側から光を受けたときにオーキシンをどのように分配するかを調べるため、次の実験を行った。

実験 1（検定） 先端を切り取った幼葉鞘の切り口の片側に、さまざまな濃度のオーキシンを含む寒天片をのせた。暗所に一定時間置いたあと、幼葉鞘の屈曲角度を測定した。結果は次の表 1 のとおりである。

表 1

なお、濃度（相対値）が $0$ から $200$ の範囲では、屈曲角度は濃度に比例することがわかっている。

実験 2 同じ数の幼葉鞘の先端部を 2 組用意し、それぞれ、雲母片で左右 2 つに仕切った寒天片の上に、仕切りの真上に先端部の中央がくるようにのせた（雲母片は寒天片の中だけに入れ、先端部には入れていない）。一方の組は暗所に置き、もう一方の組には左右の一方（光側）から光を当て、同じ時間置いた。その後、各寒天片（どれも同じ体積）について、そのまま、または融かして等量のオーキシンを含まない寒天と混ぜ濃度を $\frac{1}{2}$ にしたうえで、実験 1 と同じ方法で屈曲角度を測定した。結果は次の表 2 のとおりである。

表 2

暗所では、先端部から下降するオーキシンは左右の寒天片に等しく分配されるものとする。光を当てた組で、先端部において光側から陰側へ横方向に移動したオーキシンの量は、先端部から寒天片へ下降したオーキシンの総量（左右の合計）の何 % か。整数で求めよ。

マカラスムギの幼葉鞘の先端を切り取り、そのあとに残った部分（切り口）の片側だけに、オーキシンを含む寒天片をのせて暗所に置くと、幼葉鞘は寒天片をのせた側と反対の側へ屈曲する。

【実験1】さまざまな濃度のオーキシンを含む、同じ大きさの寒天片を用意した。上の方法で一定時間後の屈曲角度を測定したところ、次の表の結果が得られた。

なお、オーキシン濃度が $0$〜$0.20\text{mg/L}$ の範囲では、屈曲角度はオーキシン濃度に比例するものとする。表の測定点の間の濃度でも、この比例関係が成り立つ。

【実験2】切り取った幼葉鞘の先端を、雲母片で左右に仕切った寒天の上にのせ、一方向から光を当てた。雲母片は光の方向と垂直になるように差しこんだ。これにより、先端の光側から下りてきた物質は光側の寒天片にだけ入り、陰側から下りてきた物質は陰側の寒天片にだけ入るようにした。光側と陰側の寒天片の大きさは互いに等しく、実験1の寒天片とも等しい。一定時間後、2つの寒天片をそれぞれ実験1と同じ方法で別の幼葉鞘にのせ、屈曲角度を測定した。その結果、光側の寒天片では $7.2$ 度、陰側の寒天片では $10.8$ 度であった。また、別の方法で調べたところ、2つの寒天片のオーキシン濃度は、どちらも $0.20\text{mg/L}$ 以下であることがわかっている。

実験2で、陰側の寒天片に含まれていたオーキシンの量は、光側と陰側の2つの寒天片に含まれていたオーキシンの量の合計の何％か。整数で答えよ。

カエルの骨格筋から筋繊維を1本取り出し、両端を固定して長さを変えた。それぞれの長さで電気刺激を与えて強縮させ、そのときの張力（等尺性収縮の張力）を測定した。筋繊維中のサルコメア（Z膜からZ膜まで）の長さはすべて等しいものとする。サルコメアの長さが $2.0\mu \text{m}$ 以上の範囲で測定した結果を、最大張力に対する割合で表すと次の表のようになった。

さらに細かく長さを変えて調べたところ、次のことがわかった。
- 張力が最大になるのは、サルコメアの長さが $2.0\mu \text{m}$ 以上 $2.2\mu \text{m}$ 以下のときだけであった。$2.2\mu \text{m}$ より長くすると、長くするほど張力は小さくなった。
- 張力は、サルコメアの長さが $3.6\mu \text{m}$ より短いときは $0$ より大きく、$3.6\mu \text{m}$ 以上では $0$ であった。
- サルコメアの長さを $2.0\mu \text{m}$ より短くすると、張力は低下した。これは、左右のZ膜から伸びるアクチンフィラメントの先端どうしが、サルコメアの長さ $2.0\mu \text{m}$ のときにサルコメアの中央でちょうど接するからである。

サルコメアについて、次のように考える。
- アクチンフィラメントは両側のZ膜からサルコメアの中央に向かって伸びており、左右とも同じ長さである。
- ミオシンフィラメントはサルコメアの中央に1本ある。その中央部には一定の長さだけミオシン頭部をもたない部分があり、それ以外の部分には頭部が一様に並んでいる。
- 張力は、アクチンフィラメントと重なっているミオシン頭部の数に比例する。
- Z膜の厚さは無視でき、フィラメントの長さは筋繊維の長さを変えても変わらない。
- 明帯（I帯）は、サルコメアのうちミオシンフィラメントと重なっていない部分（両側の合計）とする。

サルコメアの長さが $2.2\mu \text{m}$ より長い範囲で、張力が最大張力の $75\%$ となる長さに筋繊維を固定した。このとき、サルコメア1つに含まれる明帯の長さは何 $\mu \text{m}$ か。

ある植物 X を、明期と暗期をくり返すさまざまな条件で育て、花芽を形成するかどうかを調べた。各条件では、表の明期と暗期を 1 周期とし、花芽形成の有無が判断できるまで同じ周期をくり返した。1 周期の長さは $24$ 時間とは限らない。条件 5・6 では、暗期の途中に短時間の光照射（光中断）を行った。この光照射の時間は無視できるほど短く、照射によって暗期は 2 つの連続した暗期に分断されるものとする。結果は次の表のとおりである。

なお、植物 X の花芽形成の有無は、1 周期のうちで最も長い連続した暗期の長さだけで決まるものとする。その長さがある値（限界暗期）以上であれば花芽を形成し、限界暗期より短ければ形成しない。

いま、明期 $8$ 時間・暗期 $16$ 時間の $24$ 時間周期で植物 X を育て、暗期開始の $t$ 時間後に、条件 5・6 と同じ短時間の光照射を毎周期 1 回行う。ただし、$t$ は $1\leqq t\leqq 15$ を満たす整数とする。表の結果から、花芽を形成すると確実に判断できる $t$ の値は何通りあるか。