この授業書は30年前のものと内容の大きな入れ替えがあり、植物の進化と生態学を扱った旧版から生態学をカットし、教科書の形態学を教科書と同時進行で扱うようにしました。
植物の分類と進化は動物の進化で理屈がわかっていないと理解不可能です。 植物の化石は動物より残りにくいため、植物の進化では動物の進化でわかった理屈を援用してわからないところを推定するという面があり、授業書でもそうするしかない。 また形態学発生学だけでも進化の道筋が大体わかる高等動物の場合と異なり、DNA比較なしに進化の系統樹をつくるのに限界があるのが高等植物の進化と分類です。
動物の進化を教えるために、かなり急いでも指導要領準拠授業より2週間以上遅れますから、生態学を扱う余裕がありませんし、一方生態学を教えるなら今では山本さんの専用授業書があります。 教材の性質と、速い進行が必要なためほとんどお話になります。 ただしお話でも、授業書を作るときの原則に忠実を心がけました。 生徒の関心を高め、関心の範囲を広くしながら理論を深めるようにします。
また30年間の学問の進歩により書き改めた部分もあります。
例によって、大変拙い図があるので、書き直して頂けると有難いです。
最初の陸上植物と葉、維管束
昔は動物も植物も水の中で暮らしていました。
質問 両生類(カエルの仲間)は水中から出て陸に上がりました。
では植物と両生類はどちらが先に上陸したのでしょう?
動物はエサが必要です。 ですから植物が先に上陸していないと困る。 植物のほうが先です。
質問 今の植物で一番背の高いものは何メートル位だと思いますか?
10m 20m 40m 100m
アメリカにある杉の仲間セコイアデンドロンやオーストラリアのユ−カリは100mになるそうです。 日本では台風があり、ユーカリは40m程度までしか育たない。
では100m上まで植物はどうやって水を上げるのでしょうか。
質問 いま細長く切った濾紙を持ってきました。これの先を少しだけ水につけて下さい。 水が上がるのが見えます。 では10分で端まで水があがるでしょうか。 では今から10分自由にお喋りしていて下さい。
案外時間がかかる事がわかります。 これでは100mどころか1mや30cmの植物でも水があがるのに時間がかかりすぎ、植物はしおれて枯れてしまうでしょう。 植物には水道管のようなものがあるのではないでしょうか。
維管束・・・植物の水道管
4億5000万年ほどの大昔、水から上がった植物には水道管のようなものがなかったと考えられ、それではコケのように背の低い植物にしかなれませんでした。しかし4億年ほど前に水道管のようなものを持つものがあらわれました。 茎の中心に維管束という水道管のような管がて゜きたのです。
その植物が、杉や桜のような大木になる植物の祖先です。 それだけではありません。 チューリップやキャベツやイネなど、私たちが見慣れている中・大型植物全部の先祖でもある。
今の植物では教科書の図のような位置にがあります・・・・顕微鏡観察。
まわりの小さい仕切りは細胞といって、小さい部屋、仕切りになっていますから、水を上げるのに関係ない。維管束のところは管になっていて水はそこを通る。
枝しかない植物
4億5千万年前の最初の陸上植物は花はなく、葉もなく、枝だけの植物でした。 4億年前その枝に維管束が通っている植物があらわれました。30cm位です。
それと似た植物が日本の暖地に生き残っています。 マツバランという。 この通り枝だけの植物です。
維管束は大昔の陸上植物と同じく、中心に1本あるだけで、教科書にある普通の植物の場合よりずっと簡単です。
上陸してできた植物にはいろいろな種類があり、その中からシダとコケができたと考えられます。 シダもコケも先祖は緑藻でシャジクモに近い植物である事がDNAの比較で証明されました。 マツバランはシダです。
枝が2つ2つとわかれて行くのも4億年前の先祖と同じです。
この写真は実際に使ったものですが、下手な写真ですから実物を使ったほうがずっとわかりやすい。 またインターネットに多数園芸品の写真があり、この写真よりずっとわかりやすい写真も少なくないですから、それを使ったほうが良い。 園芸品の実物は現在2000円位で入手できるようです。 野生品は沖縄のような暖地以外では絶滅が懸念されていて入手困難です。
地下はどうなっているかと聞かれたら、地下にも枝のようなものしかなく、2つ2つとわかれていて、短い毛のようなものが出ているだけだと答えて下さい。 地下の枝(地下茎)に毛のような突起ががあるだけで、根らしい根はない
葉は何からできたか
では葉はどうしてできたのでしょうか。
今の植物の葉の形はいろいろありますが、皆さんのよく知っている植物で2億年以上前から葉の形があまり変わっていない植物があります。 イチョウです。
イチョウは2億3000年前からあまり変わっていない植物で、動物でいえばシーランンスのような「生きている化石」です。 アメリカやヨーロッパでは化石しかなく、江戸時代に長崎から江戸まで旅行したヨーロッパの学者はイチョウを見て「化石が生きていた」と大変驚いています。
鎖国時代の日本には中国人、朝鮮人、琉球人(その頃沖縄は別の国)、オランダ人しか来なかったはずですが、実際にはドイツやスウェーデンの一流学者がきています。 江戸時代の役人にはオランダ人と他のヨーロッパ人との区別ができませんでしたから、オランダ人だという事にして日本に来たのです。
ではイチョウの葉を明るいほうにすかして見るか虫眼鏡でよく見て下さい。
葉の模様のようなものを葉脈といいますが、どうなっていますか?
2億3000万年前のイチョウは葉が絵のような形でした。 それから今のような形になったのです。
大変絵が下手なので書き直してください。葉は大きいものをグループ数だけ、若い葉を1枚用意。
ですから学者は「葉は枝が集まってできた」と言っています。 枝より葉のほうが日当たりが良いから、葉のある植物ができるとそちらが栄えるようになったのです。昔の植物の葉はイチョウのような葉が普通でしたが、今はいろいろな形、いろいろな構造の葉があります。
質問 葉には維管束があると思いますか?
葉脈はもともと枝ですから当然ある。教科書の絵と観察。
それに今のイチョウの葉が枝に近い事はギンナンのつく場所を見るとわかる。 ギンナンは普通短い枝の先につくのですが、時々葉の葉脈の先にギンナンがつくイチョウの木がある。 オハツキイチョウといいます。 また若い葉が枝のように枝わかれする事もあります。 イチョウの葉は枝に近いのです。
昔は2億3000万年前のイチョウと同じような2つ2つと分かれた枝だか葉だかわからないような「葉」を持つ植物が普通でした。 昔大変栄え、ごく普通にある木だったたレピドデンドロンという木の絵を見てください。枝が二つ二つとわかれていますが先は現代植物の葉にあたります。
花は何から出来たか
昔の植物は枝だけで、次に枝と葉のある植物があらわれました。 しかし花はありませんでした。
花らしい花つまり花びらやおしべ、めしべのある花は今から1億5000万年ほど前に現れました。 恐竜時代ですができたばかりの鳥や哺乳類もいた時代です。
では現代の植物で花を観察し、がく、花びら、おしべ、めしべを見つけましょう。 一番内側がめしべ、次がおしべ、次が花びら、一番外ががくです。
観察には(金はかかるが)園芸植物を使っています。 花が大きくて構造が見やすく不器用教師や不器用生徒でも観察に困らない。 標準的?な花2種類とあやめ。 球根アヤメ、花菖蒲、ジャーマンアイリス、カキツバタなどどれでもよい。 あやめの観察は他の花より後にする。あやめの花は余分を確保する。
園芸植物を使うもう一つの良い点は、校舎のまわりを歩き回る必要なく時間が短くて済む事です。
普通の花では花びらだけが美しく、がく、おしべ、めしべは美しくない。 しかしアヤメではめしべも美しいから、間違えるのです。 一番内側ですからこれがめしべで、3つにわかれている先はちゃんと1つになっています。 その下に胚珠という種のもとになるものが入っています。 おしべに花粉がつくと花粉の中身がメシベの中を通り、胚珠と合体して種になる。
教師が実験グループ代表者に胚珠を見せたあと生徒グループ観察。花が不足したら、グループ毎に教卓に呼び出して予備の花を見せる。花のもとのほうをカッターナイフで切れば肉眼で胚珠が見える。
次がおしべでこれは普通です。 アヤメの花では花びらが美しいががくも美しい。
植物の種類によってはガクアジサイのようにがくが美しい花もあるし、アヤメのようにメシベが美しい花やカンナのようにオシベが美しい花もあるのです。
質問 花が美しいと子孫をふやすために有利です。 どうしてですか?
質問 日本人にとって一番大切な植物であるイネやヨーロッパ人にとって一番大切な植物である小麦の花の色は何色でしょうか。
緑色です。 雑草の多くも緑色です。 図鑑で確かめましょう。
大昔の花は緑色だったと考えられています。 種のもとになる胚珠のまわりを葉が取り囲み、胚珠を守る植物が恐竜時代に現れました。 それが花らしい花のはじまりです。 ガクも花びらもおしべもめしべももとは葉でした。一枚の花びら、一本のおしべ…などはもともと一枚の葉です。ですから花のはじまりは緑の花だったはずです。 花はもともと胚珠を守る葉の集まりでした。
イチョウにも花はありますが、花びらもがくもおしべもめしべもなく、胚珠が短い枝の先につくだけで、胚珠は守られていない。 そういう植物と胚珠を守る植物ではどちらが生存競争で有利かわかりますね。
そういうわけで、花らしい花のつく植物は、イチョウなどの古い植物を圧倒し、栄えるようになりました。
美しい花の植物は最新式の植物
しかし花粉は風で飛んでめしべにつくようになっていました。 イネや小麦は今でもそうです。 種をもっと確実につけるには花粉がめしべに確実につくようにすれば良い。 そこで多くの植物は花を美しい色に変えて虫を呼び、花粉をメシベにつけてもらうようになりました。 これが美しい花をつける植物です。 そのときどこが美しくなるかは植物によって違っていたのです。
枝の集まり→→ 葉 葉の集まり →→ 花なのです。
しだ植物
マツバランは葉も花もありませんでした。 ですから種もできない。 では何で仲間を増やすかというと、胞子という細かい粉のようなものをまきちらして増えます。 種を作らず、4億年前最初に上陸した先祖と同じように胞子で増えるのが、シダです。
今のシダは葉を作るようになりました。
質問 この絵(教科書のシダ)のような植物を知っている人はどの位いますか?
シダにはいろいろな種類がありますが、多くの人が知っているのはゼンマイやワラビです。 大多数の種類は日陰のしめったところに生えています。
その理由はシダの増え方に関係がある。
シダは普通葉の裏に胞子をつける。 今は春ですからまずそういうシダはみつかりませんが、夏・秋になると、葉の裏に茶色か黒の点々がついたシダが見つかります。 この点々は胞子の入った袋で、そこから煙のように細かい胞子が出ます。
胞子が風で飛んで地面に落ちると、そこから子供のシダができるのではない。胞子は種とは違うのです。
胞子は地面に落ちると前葉体ｾﾞﾝﾖｳﾀｲという0.5ミリ位のハート型をしたものになります。そして卵子と精子ができる。 前葉体は雄と雌が一緒なのです。人間や犬・猫などを考えるとおかしく聞こえますが、動物でもカタツムリのように卵子と精子を1ぴきで作るものがあります。
そして精子は卵子のところまで泳いで行く。 そして卵子と精子が合体する(受精という)と子供のシダが生まれる。 写真はアッテンボローという人の書いた本にあるものですが、子供のシダが生まれたところです。 全体は前葉体で、卵子は子供の位置にありました。 精子は反対側にできましたが、その場所はもう腐ってしまっています。
脊椎動物の分類と進化にある本と同じ。 優れた啓蒙書として有名な本ですから図書館で借り出して下さい。そのほうが図がずっとキレイです。
質問 シダは陸に生えているのに、精子はどこを泳ぐのだと思いますか?
雨が降ると水たまりができます。 その水の中を泳ぐ。
ですからシダはその時だけ水中生活なのです。 シダの先祖は水の中でしたから、精子が卵子まで泳ぐ事ができました。 両生類であるカエルは子供の時水中生活ですが、シダも精子が泳ぐとき水中生活です。 前葉体ができると、大雨を待つことになる。
ですからシダは日陰のしめった所に多く生えています。 また日本のように雨が多いところではシダがかなり生えていますが、雨の少ないところではシダが生えません。
シダはやがて木にもなり、森林をつくりましたが、雨の多い地方や川、湖のそばなど水の多いところにしか森林はできませんでした。 そういう森で昔の両生類が栄えていました。
裸子植物
シダには水中生活があり、世界中に生えるというわけには行きませんでした。
シダが上陸し、シダがいろいろ変化してシダの森ができても、シダが水中生活をするのでその森は雨の多いところだけにあり、多くは川・湖・沼などの近くにあったと考えられています。 その森に魚が進出して両生類になったのです。
水中生活をやめるように変化した植物がイチョウの仲間です。
イチョウは「生きている化石」で人間が植えているから生き延びている植物ですが、できたばかりの時は水中生活と縁を切った最新式の植物でした。
イチョウは中国に自生していたはずですが、現在は自生地なし。 イチョウは雄の木と雌の木がべつで、銀杏ｷﾞﾝﾅﾝがというイチョウの種ができるのは雌の木だけです。
春になると雌の木の短い枝の先に胚珠ﾊｲｼｭというものがつきます。 その胚珠にある穴に雄の木にできる花粉が風で飛び込んできます。 そうすると胚珠の中ではもとのほうに卵子が作られ、反対側のほうに入ってきた花粉から精子が作られます。 そして胚珠の中を精子が泳いで卵子と精子が合体し(受精)ギンナンというイチョウの種になる。
質問 イチョウはシダが変化してできました。 イチョウの胚珠はシダの何が変化したのか、図を比べてみて下さい。
胞子を撒き散らさず胞子・前葉体を枝の先につけるように変化したのです。
質問 イチョウは水中生活に必要な水をどこから得たのですか?
根から水を吸い上げ、水は維管束を通って胚珠まで来ます。 イチョウは精子と卵子ができたとき「雨が降って水浸しにならなくても増える事ができる」ように改良された植物です。
そこでイチョウの仲間は川や湖のそばでなくとも生きることができ、世界中に森林をつくるようになりました。 恐竜はイチョウの仲間の栄えている時代にでき、川や湖の近くでなくとも生きる最初の大型動物でした。
イチョウの仲間ができると、仲間のほとんどが木ですから、木のシダは生存競争に負け、ほんの少しの種類が生き残るだけになりました。 草のシダは栄えつづけ、今でも雨の多い地方(日本など)ではかなり普通です。
イチョウの仲間を裸子植物といいます。 裸子植物には他にソテツがあり、日本の沖縄など暖かい地方にありますが、世界全体としてはほんの少しです。 裸子植物には他に松、杉、樅(クリスマスツリーの木、北海道の蝦夷松椴松が樅の仲間)があり、これらは今でもかなり生えています。
恐竜時代には大変栄えていましたが、今は主に寒いところに生えています。 寒いところは植物にとって育ちにくいところですから、新しい植物との生存競争にまだ負けてはいないが、劣勢なのです。 松は暖かい地方にもありますが、海岸の砂浜など特別やせた土地でも生きられるという性質のおかげで生えています。
杉の大部分は植えたもので、杉の野生はかなり珍しいです。
寒いところに育つ専門家として多数の針葉樹が生き残り。松、杉、樅の仲間を針葉樹という。 針のように細い葉の木という意味です。この仲間がイチョウやソテツと違い、「生きている化石」にならなかった理由は次の被子植物のところで勉強しましょう。
裸子植物…イチョウ
ソテツ
針葉樹
です。 恐竜時代のはじめはこれら裸子植物が栄えていました。
針葉樹は泳ぐ精子ができませんが似た増え方です。 受精から松ぼっくりになるまで何ヶ月もかかる。ソテツはイチョウと同じく泳ぐ精子ができる。
被子植物
自然のままになっている野山の木や草、田畑の稲や麦、野菜、庭の桜やチューリップなど、大多数の植物がこの被子植物という最新式の植物です。 被子植物の被はｶﾌﾞﾙという意味…寒いので毛布をカブルという時のカブルです
…ですから、被子植物は子供が何かかぶっているという意味です。 裸子植物は子供が裸の植物という意味です。 つまり種のもとになる胚珠が裸で守られていない裸子植物から胚珠を覆って守る植物ができ、その植物つまり被子植物が栄えている。 花らしい花の咲く植物はみな被子植物です。
教科書で花の構造の復習。
被子植物は花粉がメシベにつくと、その中身がすぐ胚珠まで進み(花粉から精子ができ、胚珠から卵子ができ、精子が泳いで…などというまわりくどい事をしない)、すぐ種ができるようになっています。ですから花から種まで1月もかからない種類が多い。 これも生存競争で裸子植物より有利な点です。 裸子植物は1年草2年草となって速く増えるわけにはゆかない。
恐竜時代に生まれたこの被子植物は、はじめ緑の花をつけたと考えられています。 ガクも花びらもおしべもメシベももともと胚珠を守る葉だったからです。 しかしその中から美しい色の花がつくように改良された植物が現れました。
質問 美しい色のほうが生存競争で有利なわけは?
もともとは美しい色でコガネムシの仲間を呼び花粉を食べさせ、そのついでに一部はコガネムシのからだにつき、別の花に花粉を運ばせるようにしていました。 そのうちに蜜をつくる種類が現れ、今のように蝶や蜂のような新しい虫を呼ぶようになりました。 それが現在ある多数の被子植物です。
単子葉植物と双子葉植物
種から芽がでるとき、最初の葉である子葉が一枚の植物と2枚の植物があります。 稲、麦、チューリップ、百合、竹などは一枚で菜の花、菊、桜、バラ、朝顔、豆などは2枚です。 被子植物ができた時はみな双子葉植物でしたが、その中から単子葉植物がわかれたと考えられています。
合弁花と離弁花
多数の図鑑では、双子葉植物を花弁のくっついている合弁花とバラバラの離弁花にわけています。 もともとは離弁花が古く合弁花が新しいという学説にもとづいてそうしていたのですが、合弁花になる道は多数あったという学説のほうが正しい事がDNA比較その他の方法で証明されました。 しかし いっぱんの人に図鑑が調べやすいという理由でそうしているのです。
裸子植物の中で針葉樹だけがなぜ多数残っているか
イチョウは人間の植えたものだけしかなく、ソテツも大多数の国にはない珍しい植物です。 しかし針葉樹である樅の仲間は多数の国、地方にあり、日本では北海道と中部山岳地帯に多い。
杉はどこでもあるようだがほとんどが植林です。松は海岸と特別な土(貧栄養)のところ…つまり条件の悪いところに生える専門家としてかなり生き残っている。
古い針葉樹は絵のように一枚の葉に胚珠がつく植物でした。 しかしその葉が丸まり、多数集まって松ボックリをつくるようになりました。
質問 針葉樹では胚珠が守られているでしょうか。
裸子植物ではあるが胚珠が守られている針葉樹は被子植物にたちまち負けるという事にならず、日陰と寒さに強く寿命が長い樅の仲間が、今でも寒い地方に多数生き残っているのです。