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分類、生物多様性と保全

A-Level 生物学 · トピック 18

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8:00

生物多様性

About one point seven million species have been described and given a name. The best estimates say there are probably eight to ten million out there. So most…

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18.1

生物の分類

シラバス
  1. 種という用語の意味を論じる。これは生物学的種概念、形態学的種概念、および生態学的種概念に限定する
  2. 生物を3つのドメインであるArchaea、Bacteria、Eukaryaに分類する方法を説明する
  3. ArchaeaおよびBacteriaは原核生物であり、それらの違いは膜脂質、リボソームRNA、細胞壁組成に限られることを述べる
  4. Eukaryaドメインの生物を階層分类である界、門、綱、目、科、属、種に分類する方法を説明する
  5. 原生生物界、菌界、植物界および動物界の主な特徴を説明すること
  6. ウイルスを分類する方法を説明する。ただし、核酸の種類(RNAまたはDNA)と、それが一本鎖か二本鎖かという点に限定する

出典: Cambridge International シラバス

種は複数の方法で定義できます:

  • 生物学的種概念 — 相互に交配して生育可能な子孫を残す集団。
  • 形態学的種概念 — 外見が似ている集団。
  • 生態学的種概念 — 環境内で同じ役割を果たす集団。
整然とピン留めされ、ラベル付きの昆虫標本が入った博物館の引き出し
博物館の昆虫コレクション:共通する特徴に基づいて生物をグループ化します

3つのドメイン

分類における最大のグループは3つのドメインです:

  • 古細菌(Archaea) と 細菌(Bacteria) — どちらも原核生物(核を持たない)です。見た目は似ていますが、膜脂質、リボソームRNA、および細胞壁の構成が異なります。
  • 真核生物(Eukarya) — 細胞に核を持つすべての生物。
熱泉の空中写真:深い青色の中心部を緑、黄色、オレンジ色の帯が取り囲み、地面に広がっている
この高温の泉を取り囲む各色の輪は、異なる温度で生活する異なる微生物群集です。これらに似た古細菌は、ほとんど何も生息できないような過酷な環境で繁栄しており、これがそれらが通常の細菌とは別に独自のドメインを形成することを示唆する手がかりとなりました

分類階層

真核生物ドメイン内では、生物は分類階層に分類されます。これは小さくなっていくグループのセットであり、界、門、綱、目、科、属、種から成ります。

上部の広い界から下部の狭い種へと続く7つの帯を持つ逆置の漏斗:各レベルでより小さく、より類似したグループになっている
分類階層の各レベルはより小さく、より近縁なグループであり、単一の種で終わります

真核生物は4つの界に分けられます:

  • 原生生物界(Protoctista) — 主に単細胞(アミバなど)。
  • 菌界(Fungi) — 栄養を吸収して摂取し、キチン性の細胞壁を持つ。
  • 植物界(Plantae) — 光合成によって自ら食物を作る。
  • 動物界(Animalia) — 他の生物を摂食する。
すべての生物が3つのドメイン(古細菌、細菌、真核生物)に分かれ、さらに真核生物が4つの界(原生生物界、菌界、植物界、動物界)に分かれる木構造図
3つのドメイン:古細菌と細菌は原核生物であり、真核生物は4つの界に分かれる

ウイルスはこのグループには含められません。核酸の種類(DNAまたはRNA)、そしてそれが一本鎖か二本鎖かによって分類されます。

探索

種と領域のラベル付け実験

生物を分類し、その記述レベルに応じた定義を行う。

探索

分類階層

最も広いドメインから最も具体的な種まで、ヒトという一つの種の階層を順に示せ。

English 日本語
species/ˈspiːsiːz/ 種
classification/ˌklæsɪfɪˈkeɪʃn/ 分類
domain/dəˈmeɪn/ 域
Archaea/ɑːˈkɪə/ 古菌
Bacteria/bækˈtɪərɪə/ 細菌
prokaryote/ˈprɒkərɪəʊt/ 原核生物
cell wall/sel wɔːl/ 細胞壁
Eukarya/ˈjuːkərɪə/ 真核生物界
taxonomic hierarchy/ˌtæksəˈnɒmɪk ˈhaɪərɑːki/ 分類階層
kingdom/ˈkɪŋdəm/ 界
phylum/ˈfaɪləm/ 門
class/klæs/ 綱
order/ˈɔːdə/ 目
family/ˈfæmɪli/ 科
genus/ˈdʒenəs/ 属
Protoctista/ˈprəʊtəʊktɪstə/ 原生生物界
Fungi/ˈfʌŋɡi/ 真菌界
Plantae/ˈplæntiː/ 植物界
Animalia/ˌænɪˈmeɪlɪə/ 動物界
nucleic acid/njuːˈklɪɪk ˈæsɪd/ 核酸
single-stranded/ˈsɪŋɡl ˈstrændɪd/ 一本鎖
double-stranded/ˈdʌbl ˈstrændɪd/ 二本鎖
ecosystem/ˈiːkəʊsɪstəm/ 生態系
niche/niːʃ/ ニッチ
18.2

生物多様性

シラバス
  1. 生態系およびニッチの用語を定義すること
  2. 生物多様性は以下のレベルで評価できることを説明すること:異なる生態系や生息地の数と範囲、種の数とその相対的な豊度、各種内の遺伝的変異
  3. ある地域の生物多様性を決定するために無作為サンプリングが重要な理由を説明すること
  4. ある地域における生物の分布と豊度を評価するための適切な方法を記述し使用すること。ただし、フレームクワドラット、ライントランセクト、ベルトトランセクト、そしてリンカーン指数を用いたマーク・リリース・リキャプチャ法に限定する(リンカーン指数の式は、数学的要項に記載されているように提供される)
  5. 2つの変数間の関係性を解析するためにスピアマンの順位相関およびピアソンの線形相関を使用すること。これには、生物要因および非生物要因が種の分布と豊度に与える影響を含む(これらの相関の式は、数学的要項に記載されているように提供される)
  6. 某地域の生物多様性を計算するためにシンプソンの多様性指数(D)を使用し、Dの異なる値の意義を述べること(シンプソンの多様性指数の式は、数学的要項に記載されているように提供される)

出典: Cambridge International シラバス

生態系とは、ある地域内のすべての生物とその非生物的周囲を合わせたものです。ニッチとは、その中での特定の種の役割や位置づけを指します。

サンゴ礁は高い生物多様性を表す良い例です — 多くの異なるサンゴ、魚類、その他の種が一緒に住んでいます:

澄んだ青い水中にあるサンゴ礁の露出部分の鮮やかな水下写真:平たい板状サンゴ、枝分かれしたシカノコサンゴ、丸みを帯びた脳サンゴなど、ピンク、紫、茶色など様々な種類のサンゴが密集しており、その周囲を小さな魚が泳いでいる
サンゴ礁は地球上で最も生物多様性が高い生息地の一つです:多くの種のサンゴと魚が限られた小規模な領域を共有しています

生物多様性は3つのレベルで測定できます:

  • 異なる生態系および生息地の数と範囲。
  • 種の数とそれらの相対的な豊度(それぞれの種がどれほど一般的か)。
  • 各種内の遺伝的多様性。
左から右へ3つの生物多様性のレベルを示す図:異なる生態系、次に1つの生態系内の異なる種、最後に1つの種内の遺伝的多様性
生物多様性は3つのレベルで測定されます:生態系の範囲、種の数、そして種内の遺伝的多様性

区域のサンプリング

すべての生物を数えることはできませんので、サンプルを取ります。無作為サンプリング(偶然によって位置を選ぶこと)はバイアスを避け、公平な結果を与えます。有用な方法として以下があります:

  • クワドラット — 内部の種を数えたり推定したりするために置く正方形の枠。
  • トランセクト — 区域内を横切る線に沿って数える(ライン・トランセクトは線に触れたものを記録し、ベルト・トランセクトはストリップ内を数える)。
  • マーク・リリース・リキャプチャ法 — 移動する動物用:いくつか捕まえてマークをつけ、解放してから、後に新しい捕獲物の中でマークがついているものが何割かを調べる(リンカン指数)。
3つのサンプリング方法:正方形のクワドラット内で種を数える、直線に沿って記録するトラネクト法、そして印付後放流して再捕獲を行うマーク・リキャプチャ法
クワドラットとトランセクトは固定された植物をサンプリングし、マーク・リリース・リキャプチャ法は移動する動物の数を推定します

ある種の分布を生物的要因(生物由来)または非生物的要因(非生物由来)に結びつけるには、 Spearmanの順位相関またはPearsonの相関係数を用いることができる。ある地域の多様性を単一の数値で表すには** Simpson多様性指数**を使用する。値が高いほど多様性が高く、通常は安定性も高いことを示す。

** worked example.** 60匹のカタツムリを捕まえ、マークをつけ、放出しました。その後、80匹のカタツムリを捕まえたところ、そのうち15匹にマークがついていました。個体数を推定してください。リンカン指数は、マークをつけた動物が均等に混合していると仮定するため、第2のサンプル中のマークつきの割合は、全体 population 中のマークつきの割合に等しいとみなします:

$$N = \frac{\text{first sample} \times \text{second sample}}{\text{number marked in the second}} = \frac{60 \times 80}{15} = 320$$

したがって、約320匹のカタツムリがいると推定されます。この推定値は前提条件に依存するため、その前提を明記する必要があります:2回の捕獲の間で出生、死亡、または移動がないこと;印が擦り落ちたり、捕食者に発見されやすくなったりしないこと;そして混合に十分な時間が与えられていることです。1匹でも破損すれば、推定も崩れます。捕食者を惹きつける印は再捕獲数を減らすため、個体数を過大評価することになります。

探索

生物多様性サンプリング実験

フィールド質問に合うサンプリング法または指数を選びよ。

English 日本語
biodiversity/ˌbaɪəʊdaɪˈvɜːsɪti/ 生物多様性
habitat/ˈhæbɪtæt/ 生息地
abundance/əˈbʌndəns/ 豊度
random sampling/ˈrændəm ˈsæmplɪŋ/ 無作為サンプリング
quadrat/ˈkwɒdræt/ 樣方
transect/trænˈsekt/ 樣帯
mark-release-recapture/mɑːk rɪˈliːs rɪˈkæptʃə/ 標識再捕法
biotic factor/baɪˈɒtɪk ˈfæktə/ 生物要因
abiotic factor/ˌæbɪˈɒtɪk ˈfæktə/ 非生物要因
correlation/ˌkɒrɪˈleɪʃn/ 相関
Simpson's index of diversity/ˈsɪmpsnz ˈɪndeks ɒv daɪˈvɜːsɪti/ シンプソン多様性指数
extinct/ekˈstɪŋkt/ 絶滅
climate change/ˈklaɪmət tʃeɪndʒ/ 気候変動
zoo/zuː/ 動物園
botanic garden/bəˈtænɪk ˈɡɑːdn/ 植物園
endangered species/enˈdeɪndʒəd ˈspiːsiːz/ 絶滅危惧種
18.3

保全

シラバス
  1. 以下の要因によって個体群や種が絶滅する可能性がある理由を説明すること: • 気候変動 • 競合 • 人間による狩猟 • 生息地の劣化と喪失
  2. 生物多様性を維持する必要がある理由を説明すること
  3. 絶滅危惧種の保全における、動物園、植物園、保全区域(国立公園および海洋公園を含む)、『フローズン・ゾー(凍結動物園)』、および種子銀行の役割を説明すること
  4. 絶滅危惧種の哺乳類の保全に用いられる補助生殖方法について記述すること。ただし、体外受精(IVF)、胚移植、および代理妊娠に限定する
  5. 侵入種を管理する理由を説明すること
  6. 保全における**国際自然保護連盟(IUCN)および野生動植物の国際取引に関する条約(CITES)**の役割を説明すること

出典: Cambridge International シラバス

気候変動、競合(特に新種によるもの)、人間による猟、あるいは生息地の破壊・喪失によって、ある種は絶滅(完全に姿を消す)することがあります。

私たちは生物多様性を保護しようとするのは、他の種が私たちに食物、医薬品、材料を提供し、生態系の安定性を維持する手助けをし、またそれ自体にも価値があるからです。

種の保全方法

  • 動物園や植物園は絶滅危惧種を飼育・繁殖させる。
  • 国立公園や海洋公園などの保護された保全区域は、生息地を守ります。
  • 「フローズン・ズー」は凍結細胞、卵、精子を保存し、種子バンクは将来のために種子を保管します。
2つのボックス:国立公園や海洋保護区のような在場保全、および動物園、植物園、種子バンク、フローズン・ズーのような離場保全
保全には、自らの生息地で種を守る「在場保全」と、野生から離れて飼育・繁殖させる「離場保全」があります

希少哺乳類に対しては、補助生殖によって個体数を増やすことができます:体外受精(IVF)、胚移植、そして代理妊娠(別のメスが幼体を妊娠する)。

保全関係者はまた、他地域から持ち込まれ、在来種よりも強く競合する外来種の管理も行います。

世界中で活動する2つの組織があり、IUCNは各種の絶滅危惧度をリストアップし、CITESは絶滅危惧動植物の国際取引を管理しています。

探索

保全活動実験

脅威から保護された個体群へと保全活動が進む流れを追う。

English 日本語
conservation/ˌkɒnsəˈveɪʃn/ 保護
seed bank/siːd bæŋk/ 種子庫
in vitro fertilisation/ɪn ˈvɪtrəʊ ˌfɜːtɪlaɪˈzeɪʃn/ 体外受精
embryo transfer/ˈembrɪəʊ ˈtrænsfɜː/ 胚移植
surrogacy/səˈrɒɡəsi/ 代孕
invasive species/ɪnˈveɪsɪv ˈspiːsiːz/ 侵入種
18.3

試験対策

  • 分類階層(ドメイン → 界 → … → 種)と3つのドメインを理解し、互いに交配して可fertileな子孫を生むのが一種であることを確認します。
  • ** Simpson指数**を用いて生物多様性を測定し(数値が高いほど多様性が高い)、なぜ高い生物多様性が安定性に寄与するかを説明します。
  • 在場保全と離場保全の方法を挙げ、それぞれの利点を述べてください。

このトピックのインタラクティブ授業

一歩ずつ進め、即時チェック付きの問題で学習します。

過去問

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