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植物

5ポンドのヤナギの苗が5年で169ポンドの木に育った一方、土は約2オンスしか減りませんでした。増えた質量がどこから来たのかを考え、光合成の実験室で光、CO₂、温度を変えてみましょう。葉の内部を観察し、水を根から気孔までたどり、花が種子や果実になる様子も確かめます。

進み具合

このコースについて

1600年代に、ヤン・バプティスタ・ファン・ヘルモントは、乾燥させた土 200 ポンドにヤナギを植えて育てました。五年後、木は 164 ポンド増えており、5 ポンドの若枝が 169 ポンドの木になっていた一方で、土は約 2 オンスしか減っていませんでした。その重さはどこから来たのでしょうか。最初の単元でそれを考え、コースの残りの部分がその答えの材料をそろえてくれます。2026年9月、マウナロア観測所の空気には二酸化炭素が 426.07 ppm 含まれていて、産業革命前の約 280 ppm より約 52 パーセント多い値でした。

六つの単元は、光合成のしくみから始まります。1771年、ジョセフ・プリーストリーは、閉じた容器の中でろうそくを燃やし、そこにミントの小枝を入れました。数日後、その空気でまたろうそくが燃えました。1779年、ヤン・インゲンホウスは、これが起こるのは光があるときと緑の部分があるときだけだと示しました。「光、CO₂、温度」の単元では、要因ごとに曲線を描く実験があり、産業革命前と現在の空気を破線で示します。「葉の内部」では、葉の厚さは数個の細胞ぶんしかないことが多いのに、防水の膜、二種類の養分をつくる細胞、空気の通り道、管、開け閉めできる扉がそろっていることを学びます。「気孔と蒸散」では、植物が吸い上げた水の最大 90 パーセントが水蒸気として出ていくことがあると説明します。「根、道管、師管」では、根の先の三つの活動域がおよそ最初の 1 センチメートルに収まることを扱い、最後の単元では、名前がつけられたランが少なくとも 25,000 種あることを紹介します。実験では、葉の各層をクリックし、道管と師管を比べ、晴れた朝と暑く乾いた午後で、CO₂ あたりに失われる水を比べます。

はじめる前に

光合成は細胞の中の葉緑体で起こるので、これらの言葉が初めてなら細胞が役に立ちます。最初の単元のファン・ヘルモントのヤナギの謎は、二酸化炭素が原子でできた気体だと知っているとよくわかります。これは物質の状態で触れています。

終わったら

木の乾燥重量の大部分がどこから来るのかを説明し、光、CO₂、温度が光合成の速さをどう変えるかを予測し、葉の内部の層に名前をつけられるようになります。気孔が水と二酸化炭素を交換するしくみ、木部と師部が水と糖を運ぶしくみ、カスパリー線のはたらき、ハチが来る花がめったに赤くない理由を説明できます。

  1. 1光合成の仕組み1600年代、ヤン・バプティスタ・ファン・ヘルモントは200ポンドの乾燥した土でヤナギを育てました。5年後、木は164ポンド重くなりましたが、土は約2オンスしか減っていませんでした。
  2. 2光、CO₂、温度2026年9月、マウナロアの大気中の二酸化炭素濃度は426.07 ppmで、産業革命前の約280 ppmより約52%高い値でした。
  3. 3葉の内部葉の厚さは細胞数個分しかないことも多いのに、防水の覆い、栄養を作る2種類の細胞、空気の通路、管、開閉できる扉が備わっています。
  4. 4気孔と蒸散植物が根から吸収した水の最大90%が、気孔から再び水蒸気として出ていくことがあります。
  5. 5根、道管、師管成長する根の先端にある3つの活動領域は、すべて先端からおよそ1 cm以内に収まります。
  6. 6花、種子、果実ランは少なくとも2万5000種が命名されており、中にはハチをだまして受粉するものもあります。

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このコースの出典 (16)
  • -fix5: gravity calculation corrected using rho*g*h = 1000*9.8*h Pa
  • the cited textbook has a tenfold coefficient error. Sources (checked 2026-10-17): OpenStax Biology 2e 8.1 Overview of Photosynthesis (photoautotrophs, mesophyll, stomata on the underside, guard cells, chloroplast, thylakoid, granum, stroma, two stages; openstax.org/books/biology-2e/pages/8-1-overview-of-photosynthesis)
  • 8.2 The Light-Dependent Reactions (400 to 700 nm, chlorophyll a absorbs blue and red, carotenoids, 300 to 400 chlorophylls per antenna, water split at PSII, about 10 percent of the oxygen used by the leaf's mitochondria; .../8-2-the-light-dependent-reactions-of-photosynthesis)
  • 8.3 Using Light Energy to Make Organic Molecules (RuBisCO, 3-PGA, G3P, three turns per G3P and six per glucose, "dark reaction" outdated, cacti fix CO2 at night; .../8-3-using-light-energy-to-make-organic-molecules)
  • 30.3 Roots (tap and fibrous roots, root cap, three zones in the first centimetre, root hairs, endodermis and Casparian strip; .../30-3-roots)
  • 30.4 Leaves (lamina, petiole, midrib, parallel and reticulate venation, Ginkgo, cuticle, trichomes, palisade in one to three layers, spongy mesophyll, guard cells the only epidermal cells with chloroplasts, xylem and phloem, needles and spines; .../30-4-leaves)
  • 30.5 Transport of Water and Solutes (redwoods near 116 m, turgor 0.6 to 0.8 MPa and up to 1.5 MPa = 210 psi vs tyres 30 to 34 psi, gravity -0.1 MPa per metre, -2 MPa at the leaf surface, cohesion-tension, up to 90 percent of the water lost, sources and sinks, phloem sap up to 30 percent sugar; .../30-5-transport-of-water-and-solutes-in-plants)
  • 31.3 Nutritional Adaptations (rhizobia, nodules, nitrogenase, biological fixation 65 percent of nitrogen used in agriculture, mycorrhizae in more than 80 percent of land plants, up to 20 percent of the carbon; .../31-3-nutritional-adaptations-of-plants)
  • 32.2 Pollination and Fertilization (self and cross pollination, bees cannot see red, nectar guides, bats, birds, wind, water, at least 25,000 orchid species, double fertilization 2n zygote and 3n endosperm, seed parts, scutellum, fruit types, dispersal, dormancy; .../32-2-pollination-and-fertilization)
  • Britannica, Photosynthesis: history (Priestley 1771, Ingenhousz 1779, 1782: oxygen formed at the expense of fixed air, identified the year before as carbon dioxide) (britannica.com/science/photosynthesis/History-of-the-study-of-photosynthesis)
  • Smithsonian Libraries, Ingenhousz, Experiments upon Vegetables, 1779 (library.si.edu/digital-library/book/experimentsuponv00inge)
  • van Helmont's account (200 pounds of earth, 5 pound willow, 169 pounds and about 3 ounces after five years, soil short by about 2 ounces)
  • quoted from Howe 1965 by S. G. Saupe, College of St. Benedict and St. John's University (employees.csbsju.edu/ssaupe/biol115/van_helmont.htm)
  • F. F. Blackman, Optima and Limiting Factors, Annals of Botany 19:281-296, April 1905 (doi.org/10.1093/oxfordjournals.aob.a089000)
  • NOAA Global Monitoring Laboratory, Trends in CO2 (gml.noaa.gov/ccgg/trends/: Mauna Loa September 2026 monthly mean 426.07 ppm)
  • NOAA Climate.gov, Climate change: atmospheric carbon dioxide (280 ppm or less before the Industrial Revolution of the mid-1700s, from ice cores; climate.gov/news-features/understanding-climate/climate-change-atmospheric-carbon-dioxide).

確認日: 2026-10-17