生物の環境応答の問題

ある植物 P の芽ばえを、温度などの条件をそろえて、次の表の条件 $1$〜$7$ の明暗周期で十分な日数育て、花芽を形成するかどうかを調べた。光中断とは、暗期の途中で数分間だけ光を当てることであり、その光を当てている時間の長さは無視できるものとする。

植物 P は、1 周期の中で最も長い連続した暗期の長さが限界暗期以上のときに花芽を形成し、限界暗期より短いときには花芽を形成しない。花芽を形成するかどうかは、この連続した暗期の長さだけで決まるものとする。また、植物 P の限界暗期は整数の時間（単位は時間）であるとする。

いま、植物 P を $1$ 周期 $24$ 時間で、明期 $X$ 時間・暗期 $(24-X)$ 時間の条件で育て、毎回、暗期が終わる $4$ 時間前に光中断を行う。ただし、$X$ は $1$ 以上 $19$ 以下の整数とする。植物 P が花芽を形成する $X$ の最大値を求めよ（単位は時間）。

ある植物を、1 日（24 時間）を 1 回の明期と 1 回の連続した暗期に分けた条件で育て、暗期の長さを変えて花芽を形成するかどうかを調べた。明期・暗期の途中で光を当てたり消したりする操作（光中断など）は行っていない。結果は次の表のとおりであった。

ここで、限界暗期とは、花芽を形成するかどうかが切りかわる境目の連続した暗期の長さである。この植物では、暗期の長さがちょうど限界暗期に等しいときは、暗期が限界暗期より長いときと同じ結果（花芽を形成するかしないか）になるものとする。また、この植物の限界暗期は 1 時間単位の整数の値であることがわかっているとする。この植物の限界暗期は何時間か。

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。

ある植物を、1 日（$24$ 時間）を 1 周期として、明期 $10$ 時間・暗期 $14$ 時間の条件で育てた。このとき、暗期が始まってから $5$ 時間後に、短時間だけ光を当てる光中断を毎日行った。光中断の時間の長さは無視できるものとする。

この条件で、1 周期のうち最も長い連続した暗期は何時間か。

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。