生物の環境応答の問題

ある骨格筋の筋原繊維では、ミオシンフィラメントの長さが $1.6\mu \mathrm{m}$ である。この筋原繊維が静止していて、サルコメア（Z 膜から隣の Z 膜までの長さ）が $2.8\mu \mathrm{m}$ であるとき、明帯（I 帯）1 つの長さは何 $\mu \mathrm{m}$ か。

ただし、明帯は Z 膜をはさんで両側に広がる、ミオシンフィラメントのない部分全体を指すものとする。また、筋原繊維ではサルコメアが同じ長さでくり返し並んでおり、各サルコメアの中でミオシンフィラメントは中央に位置しているとする。

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。

マカラスムギの幼葉鞘の先端を切り取り、2 つに分けた寒天片の上にのせた。寒天片の間には雲母片をはさみ、先端の下側から寒天片へ下りてくるオーキシンが混ざらないようにした（雲母片は先端の中には差し込んでいないので、先端の中ではオーキシンは横に移動できる）。この先端に一方から光を当て、光が当たる側（光側）の寒天片 A と、反対側（陰側）の寒天片 B にオーキシンを集めた。

次に、先端を切り取った別の幼葉鞘の切り口の片側に寒天片 A または B をのせて暗所に置き、幼葉鞘の屈曲角度を測ったところ、次の表のようになった。

この実験の範囲では、幼葉鞘の屈曲角度は寒天片に含まれるオーキシンの量に比例するものとする。寒天片 B に含まれるオーキシンの量は、寒天片 A と B に含まれるオーキシンの量の合計の何 % 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を切り取り、切り口の片側にだけ、オーキシンを含む寒天片をのせて暗所に置くと、寒天片をのせた側がよく伸びて幼葉鞘が屈曲する。いろいろな濃度のオーキシンを含む寒天片で同じ実験を行い、屈曲角度を測定したところ、次の表の結果を得た。

次に、オーキシン濃度のわからない寒天片 X を用いて、同じ条件で実験を行ったところ、屈曲角度は 12 度であった。寒天片 X のオーキシン濃度は何 $\mu g/L$ か。ただし、表で屈曲角度がオーキシン濃度に比例している範囲では、その比例関係が成り立つものとする。