生態と環境（知識）

ある森林で、晴れた日の正午に、各階層の高さで光の強さを測定した。森林の上（林冠の上）の光の強さを $100$ としたときの相対的な光の強さは、次の表のようになった。

また、2 種類の植物 X、Y の光補償点を、同じ相対的な光の強さで表すと、植物 X は $1$、植物 Y は $8$ であった。

この森林の草本層（林床付近）の光の強さのもとでの植物 X、Y について述べた文として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。ただし、植物の光合成と呼吸には光の強さ以外の条件は影響しないものとする。

• ア　植物 X も植物 Y も、見かけの光合成速度が正になる。
• イ　植物 X も植物 Y も、見かけの光合成速度が正にならない。
• ウ　植物 Y は見かけの光合成速度が正になるが、植物 X は正にならない。
• エ　植物 X は見かけの光合成速度が正になるが、植物 Y は正にならない。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エから 1 つ選べ。

ある地域に生息する同種の個体の集まりを個体群という。個体群の単位面積（または単位体積）あたりの個体数を（ a ）という。（ a ）が高くなると、1 個体あたりの食物や生活空間が不足し、個体の発育や繁殖力が低下するなど、個体群の成長や個体の性質が変化する。このように、（ a ）の変化が個体群の成長や個体の性質に影響をおよぼすことを（ b ）という。

生態系の構成と栄養段階について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　生産者は、ほかの生物がつくった有機物をとり入れて生活する生物で、植物などがあてはまる。
• イ　分解者は、遺骸や排出物に含まれる無機物を有機物に変える生物で、菌類や細菌などがあてはまる。
• ウ　生態系の中の食う・食われるの関係は、実際には複雑な網目状になっており、これを食物連鎖という。
• エ　植物を食べる植物食性動物は一次消費者とよばれ、生産者のすぐ上の栄養段階に位置する。
• オ　個体数ピラミッドでは、一般に栄養段階が上位の生物ほど個体数が多くなる。

ある地域の森林で植生を調査したところ、次の結果が得られた。

• 高木層（森林のいちばん上の層）では、陽樹であるアカマツが優占しており、そのほかに陰樹であるスダジイが少しだけ混じっていた。
• 林床（森林の地表付近）の光の強さは、森林の外の光の強さの数 % しかなかった。
• 林床に生えている幼木の本数を数えた結果は、次の表のとおりであった。

この森林で、今後、大きな攪乱が起こらずに長い年月がたったときに起こると考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　林床に十分な光が届いているので、アカマツの幼木が育ち、アカマツが優占する森林が続く。
• イ　林床が暗くアカマツの幼木は育たないが、スダジイの幼木は育つので、陰樹が優占する森林に移り変わる。
• ウ　スダジイの幼木は強い光の下でしか成長できないので、やがて枯れて、アカマツが優占する森林が続く。
• エ　この森林はすでに極相に達しているので、高木層の樹種の構成はこれ以上ほとんど変化しない。

水中で生活する 2 種の単細胞生物 X と Y を使って、次の実験を行った。

• X と Y は、どちらも同じ種類の細菌だけを食物にしており、X と Y が互いを食べることはない。
• 同じ大きさの容器に同じ培養液を入れ、食物の細菌を毎日同じ量ずつ加えながら、同じ温度で培養した。
• 容器 1 では X だけを、容器 2 では Y だけを、容器 3 では X と Y をいっしょに培養し、一定量の培養液中の個体数を数えた。

この実験の結果からわかることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　X と Y は同じ食物をめぐって種間競争を行い、Y が容器から排除された。
• イ　X と Y は相利共生の関係にあり、いっしょに培養すると両方の個体数が増えた。
• ウ　Y は X がいなければ個体数を増やすことができず、単独では生活できない。
• エ　X と Y は生態的地位が重ならないので、いっしょに培養しても共存できた。

生態系における炭素の循環とエネルギーの流れについて述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　分解者は、遺骸や排出物の有機物をとり入れるが、呼吸を行わないので、炭素を二酸化炭素として大気中に戻さない。
• イ　生物が放出した熱エネルギーは、生産者が再び光合成に利用するので、エネルギーは生態系内を循環する。
• ウ　生産者は、光合成で二酸化炭素をとり入れるが、呼吸を行わないので、二酸化炭素を大気中に放出しない。
• エ　光エネルギーは、光合成によって有機物中の化学エネルギーに変えられ、食物連鎖を通じて上位の栄養段階へ移っていく。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エから 1 つ選べ。

大気中には窒素が窒素分子（${\text{N}}_2$）として多量に含まれているが、ほとんどの生物はこれを直接利用できない。一部の細菌などは、大気中の窒素分子をとり入れてアンモニウムイオン（${\text{NH}}_4^{+}$）に変えることができる。このはたらきを（ a ）という。（ a ）を行う生物には、マメ科植物の根に共生する（ b ）などがある。

本州中部のある山で、ふもとから山頂に向かって登りながら、標高の異なる地点 A〜D で植生を観察した。それぞれの地点で優占していた植物は、次の表のとおりであった。

地点 C の植生が属する垂直分布の区分として最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　丘陵帯
• イ　山地帯
• ウ　亜高山帯
• エ　高山帯

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エから 1 つ選べ。

台風・山火事・洪水や、人間による森林の伐採などのように、生態系の状態を変化させる外部からの作用を（ a ）という。生態系は、（ a ）を受けても、その規模が小さければもとの状態に戻ることが多い。
また、生態系の中には、食物網の上位にいて、個体数が比較的少なくても、ほかの多くの生物の個体数や生態系のバランスに大きな影響を与える種がいる。このような種を（ b ）という。

ある湖で、水中に含まれていた有機水銀の濃度はごくわずかであったが、その湖にすむ生物の体内の濃度を調べたところ、次の表のようになった。

このように、体内で分解されにくく体外に排出されにくい物質が、生物の体内にとり込まれて蓄積し、食物連鎖を通じて上位の栄養段階の生物ほど体内の濃度が高くなる現象を何というか。

ある里山で、となり合った 2 つのコナラの雑木林 P・Q を調べた。P・Q はもともと同じように利用されてきた林で、面積や地形、土壌の条件はほぼ同じである。

• 林 P: 現在も、数十年ごとの伐採や毎年の下草刈りなど、人による管理が続けられている。
• 林 Q: 20 年前に人による管理がやめられ、そのまま放置されている。

それぞれの林で、同じ面積の調査区を設けて調べた結果は、次の表のとおりであった。

この結果からわかることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　管理をやめた林 Q のほうが林床の植物の種数が多く、種多様性が高い。
• イ　伐採や下草刈りによって林床が明るく保たれ、多くの種の植物が生育できるので、種多様性が保たれている。
• ウ　林 P と林 Q の林床の植物の種数の違いは、同じ種の中の遺伝的多様性の違いを表している。
• エ　里山の雑木林の種多様性を保つには、人の手を加えずに放置するのがよい。

次の文章中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、後のア〜エのうちから 1 つ選べ。

年平均気温が高い熱帯の地域のうち、年降水量が多い地域には、常緑広葉樹が多くの種類で高い森林をつくり、つる植物や着生植物も多くみられる（ a ）が分布する。一方、熱帯でも年降水量が少なく雨季と乾季がはっきりした地域では、イネのなかまの草本が優占する草原に低木がまばらに点在する（ b ）が分布する。

生態系における物質の循環とエネルギーの流れについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　炭素と同じように、エネルギーも生態系の中を循環し、生物によってくり返し利用される。
• イ　マメ科植物の根に共生する根粒菌は、大気中の窒素を取りこんでアンモニウムイオンに変えるはたらきをもつ。
• ウ　硝化菌は、土壌中の硝酸イオンを窒素に変えて大気中にもどすはたらきをもつ。
• エ　植物は、土壌から吸収した硝酸イオンやアンモニウムイオンを材料にして、グルコースなどの炭水化物を合成する。
• オ　分解者は、遺体や排出物に含まれる有機物を分解し、そのエネルギーを最終的に光エネルギーとして生態系の外へ放出する。

日本のバイオームとその分布について述べた文として誤っているものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　日本は全国的に降水量が多いため、バイオームの分布はおもに気温のちがいによって決まり、低地ではどの地域でも森林が成立する。
• イ　本州中部の山岳では、標高が高くなるにつれて気温が下がるため、低地から山頂にかけてバイオームが順に移り変わる垂直分布が見られる。
• ウ　九州・四国から関東地方にかけての低地には、ブナやミズナラなどの落葉広葉樹が優占する夏緑樹林がおもに分布する。
• エ　本州中部の亜高山帯には、シラビソやコメツガなどの常緑針葉樹が優占する針葉樹林が分布する。

小麦粉の中で生活する 2 種の小型の甲虫 X と Y を用いて、次の実験を行った。X と Y はどちらも小麦粉だけを食べ、互いを食べることはない。また、Y は X より体が小さく、細いガラス管の中に入ることができるが、X は入ることができない。

同じ量の小麦粉を入れた容器を用意し、次の条件 1〜4 で飼育した（はじめの個体数はどの条件でも 1 種あたり 10 匹）。条件 4 だけは、小麦粉の中に細いガラス管を多数入れた。小麦粉は定期的に新しいものに取りかえ、温度などの条件はすべて同じにした。飼育を始めてからの個体数の変化を次の表に示す。

この実験の結果から考えられることとして最も適当なものを、次のア〜エから 1 つ選べ。

• ア　条件 3 で Y がいなくなったのは、X が Y を捕食したためであり、X は Y を食べることで個体数を増やした。
• イ　条件 4 では、ガラス管によって Y が X と重ならないすみ場所を得て生態的地位の重なりが小さくなり、両種が共存できた。
• ウ　条件 4 で X の個体数が条件 1 より少なくなったことから、X と Y は互いに利益を受ける相利共生の関係にある。
• エ　条件 1 と条件 2 で個体数が一定になったのは、X と Y が同じ容器の中で互いに食物をうばい合ったためである。

植生の遷移について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　山火事や森林の伐採によって植生が失われた跡地から始まる遷移を、一次遷移という。
• イ　陰樹の芽生えは光補償点が高いため、光の弱い林床でも生育することができる。
• ウ　遷移の初期に侵入する先駆植物（先駆種）には、大きくて重い種子をつくるものが多い。
• エ　二次遷移は一次遷移よりも速く進む。これは、すでに土壌があり、その中に種子や地下茎などが残っているためである。
• オ　極相林では、高木が倒れて大きなギャップができても、そこで陽樹が生育することはない。

本州中部のある山を、ふもとから山頂（標高約 $3000\text{m}$）まで登りながら植生を観察した。ふもと付近ではスダジイやタブノキなどの常緑広葉樹が優占する森林がみられた。標高が上がるとブナやミズナラなどの落葉広葉樹が優占する森林に変わり、さらに上では常緑針葉樹が優占する森林がみられた。標高約 $2500\text{m}$ 付近で高木の森林がみられなくなった。

この高木の森林がみられなくなる境界より上の地域（高山帯）の植生について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　シラビソやオオシラビソなどの常緑針葉樹が高木となって、森林をつくっている。
• イ　降水量が少ないことが森林の成立しないおもな原因であり、サボテンなどの多肉植物が多くみられる。
• ウ　低温や強風などのきびしい環境のため高木は生育できず、ハイマツなどの低木や、コマクサなどの草本がみられる。
• エ　ブナやミズナラなどの落葉広葉樹が、低木となって優占している。
• オ　イネ科の草本が優占する草原の中に、アカシアなどの樹木がまばらに生えている。

人間の活動が生態系に与える影響について述べた文として正しいものを、次のア〜エのうちから 1 つ選べ。

• ア　生物濃縮が起こる物質は、水に溶けやすく、生物の体外に排出されやすい性質をもつ。
• イ　湖沼や内湾に窒素やリンを含む物質が大量に流れ込むと、植物プランクトンが減少し、アオコ（水の華）や赤潮は発生しにくくなる。
• ウ　人間の活動によって本来の生息場所以外から持ち込まれた外来生物が、在来生物を捕食したり在来生物と競争したりして減少させることがある。日本では、オオクチバスが湖沼やため池の在来の魚類などを減少させた例が知られている。
• エ　里山の雑木林は、人が定期的な伐採や下草刈りを行わなくなっても、明るい林のまま維持される。

次の文章中の空欄 a〜c に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下の表のア〜カのうちから 1 つ選べ。

【観察 1】ゾウリムシとヒメゾウリムシは、どちらも細菌を食物とする近縁な 2 種である。同じ条件の容器で、細菌を食物として与えて培養した。それぞれを単独で培養すると、どちらもある個体数まで増えて、その後はほぼ一定になった。ところが、2 種を同じ容器で混合して培養すると、ヒメゾウリムシは増えたが、ゾウリムシはしだいに減り、やがて見られなくなった。このように、種間競争の結果、一方の種がもう一方の種をその場所から除いてしまうことを（ a ）という。この現象が起こったのは、2 種の生態的地位が（ b ）ためと考えられる。

【観察 2】ある地域の川にすむイワナとヤマメ（どちらもサケのなかまの魚）について調べた。どちらか一方の種だけがすむ川では、その種は上流から下流までの広い範囲に見られた。ところが、2 種がともにすむ川では、水温の低い上流側にイワナが、水温の高い下流側にヤマメが多く見られ、2 種の生活する場所が分かれていた。なお、2 種はどちらも水生昆虫などを食べており、食物の種類はほぼ同じであった。このように、生態的地位が似た種どうしが生活場所を分けることで共存している状態を（ c ）という。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エから 1 つ選べ。

火山の噴火でできた溶岩台地のように、土壌がなく、植物の種子なども含まれない裸地から始まる遷移を一次遷移という。これに対して、山火事や森林の伐採の跡地、放棄された耕作地などから始まる遷移を（ a ）という。（ a ）では、（ b ）ため、一次遷移に比べて遷移が速く進む。

• ア　a: 二次遷移、b: 地衣類やコケ植物が先駆種として侵入する
• イ　a: 乾性遷移、b: 土壌が形成されていて、土壌中に種子や地下茎などが残っている
• ウ　a: 二次遷移、b: 土壌が形成されていて、土壌中に種子や地下茎などが残っている
• エ　a: 乾性遷移、b: 地衣類やコケ植物が先駆種として侵入する

次の文章は、本州中部の山岳に見られるバイオームについて述べたものである。

本州中部の山岳では、降水量はどの標高でも森林が成立するのに十分である。一方、標高が高くなるにつれて気温が低下するため、バイオームが標高に応じて帯状に移り変わる。このような分布を垂直分布という。標高の低い丘陵帯（低地帯）には、（　a　）などが優占する照葉樹林が分布する。その上の山地帯には夏緑樹林が分布し、さらに上の亜高山帯には（　b　）が分布する。亜高山帯の上限である森林限界より上の高山帯では、森林は見られない。

文章中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、次のア〜カのうちから 1 つ選べ。

人間の活動が生態系に与える影響や、生物多様性の保全について述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　生物濃縮は、水に溶けやすく体外に排出されやすい物質で起こりやすく、DDT や PCB のように脂肪に溶けやすい物質では起こりにくい。
• イ　窒素やリンを多く含む排水が流れ込んで富栄養化が進んだ湖沼では、植物プランクトンが異常に増殖してアオコ（水の華）が発生し、その遺骸が分解されるときに多量の酸素が消費されるため、水中の酸素が不足して魚類などが大量に死ぬことがある。
• ウ　外来生物が在来生物に与える影響は、在来生物を捕食することによるものに限られ、在来生物との競争や交雑による影響は知られていない。
• エ　生物多様性は遺伝的多様性・種多様性・生態系多様性の 3 つのレベルでとらえられ、このうち遺伝的多様性は、同じ種の中の遺伝子の違いではなく、異なる種どうしの間の遺伝子の違いを指す。
• オ　里山の雑木林は、伐採や下草刈りなどの人間の手を加えずに放置するほど、多様な生物がすむ環境として維持される。

次の文章は、生態系における窒素の循環の一部について述べたものである。

生物の遺体や排出物に含まれるタンパク質などの有機窒素化合物は、土壌中の菌類や細菌などの分解者によって分解され、アンモニウムイオン（$\mathrm{N}{\mathrm{H}}_4^{+}$）になる。土壌中のアンモニウムイオンの多くは、<u>土壌中にすむ細菌のはたらきによって、亜硝酸イオン（$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_2^{-}$）を経て硝酸イオン（$\mathrm{N}{\mathrm{O}}_3^{-}$）に変えられる</u>。植物は、根から硝酸イオンやアンモニウムイオンを吸収して利用する。

下線部のはたらきについて述べた文として最も適当なものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　このはたらきは窒素固定とよばれ、根粒菌やアゾトバクターなどの細菌が行う。
• イ　このはたらきは窒素同化とよばれ、植物が根から吸収した物質を材料にして行う。
• ウ　このはたらきは硝化とよばれ、亜硝酸菌や硝酸菌が、この反応で得られる化学エネルギーを利用して行う。
• エ　このはたらきは脱窒とよばれ、脱窒素細菌が酸素の少ない土壌中で行う。
• オ　このはたらきは硝化とよばれ、シアノバクテリアが光エネルギーを利用して行う。

次の文中の空欄 a・b に入る語句の組み合わせとして最も適当なものを、下のア〜エから 1 つ選べ。

山火事や森林の伐採、耕作の放棄などのあとから始まる遷移を（ a ）という。（ a ）は、火山の噴火でできた溶岩台地のような裸地から始まる遷移に比べて、極相に達するまでの時間が短い。これは、跡地にはすでに（ b ）が形成されていて、その中に植物の種子や地下茎、根などが残っていることが多いからである。

• ア　a：一次遷移、b：地衣類の群落
• イ　a：一次遷移、b：土壌
• ウ　a：二次遷移、b：地衣類の群落
• エ　a：二次遷移、b：土壌

生態系における窒素の循環とエネルギーの流れについて述べた文として誤っているものを、次のア〜オから 1 つ選べ。

• ア　土壌中のアンモニウムイオンは、亜硝酸菌によって亜硝酸イオンに、さらに硝酸菌によって硝酸イオンに変えられる。このはたらきを硝化という。
• イ　生産者が光合成によって取り込んだ光エネルギーは、化学エネルギーとして有機物に蓄えられて食物連鎖を通じて移動し、最終的には熱エネルギーとして生態系外へ出ていくため、エネルギーは生態系内を循環しない。
• ウ　マメ科植物の根に共生する根粒菌は、植物から光合成でつくられた有機物の供給を受ける一方で、大気中の窒素を固定して硝酸イオンに変え、植物に与えている。
• エ　大気中の窒素を固定できる生物には、根粒菌のほかに、土壌中で単独で生活するアゾトバクターやクロストリジウム、シアノバクテリアのネンジュモなどがある。
• オ　土壌中の硝酸イオンの一部は、酸素の少ない環境で脱窒素細菌のはたらきによって窒素（${\mathrm{N}}_2$）に変えられ、大気中に戻される。