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生物の特性と分類

IGCSE Biology · トピック 1

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15:02

特徴と分類

車は移動します。燃料を使い、廃気を出し、ハンドルを切ると反応します。では車は生き物ですか?いいえ—生物学的に正確な理由が分かります。生き物とは…

英語ナレーション・英語+中文字幕 burning-in

1.1

生物の7つの特徴

シラバス
コア サプリメント
1 生物の特性を以下のように説明すること: (a) 移動:生物またはその一部による動作が位置または場所の変化をもたらすこと (b) 呼吸:細胞内での栄養分子を分解し、代謝にエネルギーを放出する化学反応 (c) 感受性:内部または外部環境の変化を検知し、応答する能力 (d) 成長:サイズおよび乾重の恒久的な増加 (e) 繁殖:同じ種類の生物を増やすプロセス (f) 排泄:代謝の廃棄物および必要量以上の物質の除去 (g) 栄養:エネルギー、成長、発育のための物質の摂取

出典: Cambridge International シラバス

すべての生物は、7つの特徴——すなわち、すべての生物体が担う7つの生命活動——を共有しています。これらはMRS GRENという文字で覚えることができます。採点基準は正確な用語に依存するため、各定義を必ず暗記してください。

生命の7つの特徴(MRS GREN):Movement, Respiration, Sensitivity, Growth, Reproduction, Excretion, Nutrition
7つの生命過程がMRS GRENを形成する
  • Movement(運動)——生物体またはその一部が位置や場所を変える行動。
  • Respiration(呼吸)——細胞内で起こる化学反応で、栄養素分子を分解し、代謝に供するエネルギーを放出すること。
  • Sensitivity(感受性)——内部または外部の環境の変化を検知し、反応する能力。
  • Growth(成長)——サイズおよび乾物質量の恒久的な増加。
  • Reproduction(生殖)——同じ種類の生物体をより多く生成するプロセス。
  • Excretion(排泄)——代謝による廃棄物や、体内で過剰な物質(必要量を超えるもの)を取り除くこと。
  • Nutrition(栄養)——エネルギー、成長、発育のために物質を取り込むこと。

代謝とは、生物体の細胞内で起こるすべての化学反応を指します。

探索

生命の特徴実験

観察された現象を生命過程に基づいて分類する。

English 日本語
characteristics/ˌkærɪktəˈrɪstɪks/ 形質
life processes/laɪf ˈprəʊsesɪz/ 生命活動
organisms/ˈɔːɡənɪzəmz/ 生物体
movement/ˈmuːvmənt/ 運動
respiration/ˌrespɪˈreɪʃn/ 呼吸作用
cells/selz/ 細胞
nutrient molecules/ˈnjuːtrɪənt ˈmɒlɪkjuːlz/ 栄養分子
energy/ˈenədʒi/ エネルギー
metabolism/məˈtæbəlɪzəm/ 代謝
sensitivity/ˌsensɪˈtɪvɪti/ 应激性
environment/enˈvaɪrənmənt/ 環境
growth/ɡrəʊθ/ 成長
dry mass/draɪ mæs/ 乾量
reproduction/rɪprəˈdʌkʃn/ 生殖
excretion/ekˈskreʃn/ 排泄
waste products/weɪst ˈprɒdʌkts/ 廃棄物
nutrition/njuːˈtrɪʃn/ 栄養
classify/ˈklæsɪfaɪ/ 分類
species/ˈspiːsiːz/ 種
1.2

分類:生物をグループに分ける

シラバス
コア サプリメント
1 生物が共有する特徴に基づいてグループに分類できることを述べる 5 分類システムが進化的関係性を反映することを説明する
2 生殖によって fertile(生育可能な)子孫を生み出せる生物の集団である種を説明する
3 二名法による種の命名体系を説明する。これは国際的に合意された体系であり、生物の学名は属と種を示す2つの部分から構成される
4 識別可能な特徴に基づいて二項同定表を構築して使用すること
6 DNA塩基配列が分類手段として用いられることを説明する
7 より最近の共通祖先を持つ生物群(より近縁であるもの)は、遠い共通祖先しか持たない生物群に比べてDNA塩基配列がより類似していることを説明すること

出典: Cambridge International シラバス

標本引き出しに整然と並べられた甲虫の標本
博物館の昆虫引き出し:共通する特徴に基づいて生物を分類する

生物には何百万もの種類が存在します。それらを研究するために、科学者は**分類(分類する)**を行います——つまり、共通する特徴に基づいてグループに分けます。同じグループに含まれる生物同士は、他のグループの生物よりも多くの共通点を持ちます。

種と二名法

最も基本的な共通グループは**種(しゅ)です。種とは、互いに交配して繁殖可能な子孫(fertile offspring)**を生み出すことができる生物の集団を指します(「繁殖可能」とは、その子孫自身がさらに繁殖できることを意味します)。

Homo sapiensという名前が示されている図:Homoは頭文字大の属名、sapiensは小文字の種名
学名: 頭文字大の属と小文字の種

各種には2部からなる**学名(科学的名称)があります。この命名法は二名法(binomial system)**と呼ばれ、世界中で合意された体系であるため、すべての科学者が同じ名前を使用します。

  • 最初の部分は属名(その種が含まれるより大きなグループ)です。大文字で始めます。
  • 二番目の部分は種である。小文字から始める。

全体の名前はイタリック体で表記され、例としてHomo sapiens(ヒト)があります。Rattus norvegicusおよびRattus rattusと名付けられた2匹のネズミは同じ属に属しますが、異なる種です。

二岐同定表

二岐同定表(dichotomous key)とは、未知の生物を識別するためのツールです。「Dichotomous」は「2つに分ける」という意味です。各ステップで、ある特徴について2つの選択肢が提示されます。ご自身の生物に合う方を選び、その選択により次のペアの選択肢へと進みます。生物の名前がわかるまでこれを繰り返します。

フローチャート形式の二岐同定表:各番号付きステップが2つの選択肢に分かれ、次のステップまたは名前の付いた動物につながる
対照表: 各ステップで2つの選択肢を提供し、生物に到達するまで続ける

同定表を作成する際は、変化しない明瞭な特徴(例:「羽がある/羽がない」など)を選び、サイズのように変化する特徴は選びません。

** worked example.** 同定表に以下のように記載されています:ステップ1、羽がある→2へ;羽がない→3へ。ステップ2、羽が1組→ハエ;羽が2組→蝶。未知の昆虫に羽が2組あります。ステップ1では「羽があるか、ないか?」と聞かれるのみなので、羽があることで2へ進みます。ステップ2で「2組」とすれば蝶となります。同定表の指示通りに、一歩ずつ順を追って進んでください。適合すると思われる名前に飛び越えてはいけません。

分類とDNA(追加内容)

現代の分類は、系統関係(進化の関係性)——異なる生物がいかに近縁かを明らかにしようとしています。より近縁な生物ほど、新しい**祖先(ancestor)**を共有しています。

これを測定するため、科学者はDNAの塩基配列(生物の**遺伝子(genes)**を構成する化学的な「文字」の並び)を比較します。ルールは単純です:

  • 新しい祖先を共有する(より近縁な)生物ほど、類似したDNA塩基配列を持ちます。
  • 古い遠い祖先しか共有しない生物ほど、塩基配列の類似性は低くなります。

したがって、DNA塩基配列は生物を分類するだけでなく、2つの種の間の近縁度を調べるためにも使用できます。

探索

分類階層のラベル

生物の階層構造に適切なレベルで例を配置しなさい。

English 日本語
fertile offspring/ˈfɜːtaɪl ˈɒfsprɪŋ/ 繁殖可能な子孫
scientific name/saɪənˈtɪfɪk neɪm/ 学名
binomial system/baɪˈnəʊmɪəl ˈsɪstəm/ 二名法
genus/ˈdʒenəs/ 属
dichotomous key/daɪˈkɒtəməs kiː/ 二岐检索表
evolutionary relationships/ɪvəˈluːʃənəri rɪˈleɪʃənʃɪps/ 進化的関係
ancestor/ˈænsestə/ 祖先
base sequence/beɪs ˈsiːkwəns/ 塩基配列
genes/dʒiːnz/ 遺伝子
1.3

界(キングダム)

シラバス
コア サプリメント
1 動物界および植物界を適切な王国に分類するために用いられる主要な特徴を述べる 4 全生物を以下の5つの王国(動物界、植物界、菌界、原核生物界、原生生物界)のいずれかに分類するために用いられる主要な特徴を述べる
2 動物界内の生物をグループに分類するために用いられる主要な特徴を述べる。ただし、以下に限定する:(a) 脊椎動物の主要なグループ:哺乳類、鳥類、爬虫類、両生類、魚類 (b) 節足動物の主要なグループ:多足類、昆虫類、クモガタ類、甲殻類 5 植物界内の生物をグループに分類するために用いられる主要な特徴を述べる。ただし、シダ植物と被子植物(双子葉植物と単子葉植物)に限定する
3 1.3.1 と 1.3.2 で同定された特徴を用いて生物を分類する 6 1.3.4 と 1.3.5 で同定された特徴を用いて生物を分類する
7 ウイルスの特徴を、タンパク質の被膜と遺伝物質に限定して述べる

出典: Cambridge International シラバス

生物が分類される最大のグループを界(キングダム)と呼びます。Coreレベルでは以下の最初の2つの界に生物を配置しますが、Supplementでは全5つの界が必要です。生物の主な特徴を観察することで、どの界に属するかを判断します。

分岐図:生物が5つの界(動物界、植物界、菌類界、原核生物界、原生生物界)に分かれる様子を表現しており、それぞれに主要な特徴が示されている
生きものは主な特徴に基づき5つの界に分類される
界 主な特徴
動物界 多細胞で構成;細胞に**細胞壁(cell wall)**がありません;自分自身で食料を作れないため、他の生物を餌とします;体の大部分を動かすことができます
植物界 多細胞で構成;細胞に細胞壁があります;**光合成(photosynthesis)によって自分自身で食料を作り、そのため多くの細胞に葉緑体(chloroplasts)**を含みます
菌類界 例:カビ、キノコ、酵母;細胞壁があります;光合成は行わず、死んだ生体または生きた生体を餌とします
原核生物界 例:細菌(bacteria);単細胞;細胞に**核(nucleus)**がありません
原生生物界 例:Amoeba、藻類(algae);通常は単細胞;細胞には核があります

菌類界、原核生物界、原生生物界はSupplementの内容です。

芝生の落ち葉の中に生えている、鮮やかな赤色で白斑点のある傘を持つアガリクスのキノコ3つ
キノコ: アカネタケ(毒キノコ)
棒状のエサリヒシア・コライ菌が密集しているファルスカラ電子顕微鏡写真、鮮やかな青色で着色されている
原核生物(細菌): 電子顕微鏡で観察された大腸菌

動物界のグループ分け

動物界はまず2つに分割されます:脊椎を持つ動物と持たない動物です。

動物界が脊椎動物( backboneあり)と節足動物(backboneなし)に分かれる様子を示し、それぞれの主要なグループも併記
動物界は脊椎動物(backboneあり)と節足動物(backboneなし)に分かれ、それぞれに主要なグループが示されている

**脊椎動物(vertebrates)**とは、**背骨(backbone)**を持つ動物のことです。主なグループは5つあります。

グループ 主な特徴
哺乳類(mammals) **毛皮(fur)**や毛があります;幼獣に母乳を与えます
鳥類(birds) **羽毛(feathers)とくちばし(beak)**があります;硬い殻の卵を産みます
爬虫類(reptiles) **鱗(scales)**で覆われた乾燥した皮膚があります;革のような殻の卵を陸上で産みます
両生類(amphibians) 湿った皮膚があります;水中に卵を産みます;幼生は水中で生活します
魚類(fish) 湿った鱗と**鰭(fins)**があります;**鰓(gills)**を使って呼吸します;水中に卵を産みます

**節足動物(arthropods)**とは、背骨を持たない動物です。硬い外骨格(外骨格(exoskeleton))を持ち、**関節(joints)**で曲がる脚を持っています。主なグループは4つあります。

グループ 主な特徴
昆虫 体は3部分;脚は3対;通常、翅は2対;触角は1対
クモガタ類 体は2部分;脚は4対;翅なし;触角なし
甲殻類 脚は多数の対;触角は2対;多くは水中に生息する
多足類 多くの体節からなる長い体;各体節に脚が1〜2対ある

植物界の分類(追加内容)

植物もグループに分けられます。そのグループは2つ必要です。

  • シダ類 — 根、茎、葉を持ちますが、花や種を作らない。微小な胞子を使って繁殖する。
  • 花を持つ植物 — 花を作り、その中に種を作る。種子内の最初の子葉(胚芽葉とも呼ばれる)に基づいて2つのグループに分かれる:
グループ 特徴
単子葉植物 種には1つの胚芽葉があります;長く細い葉;脈が並走している(平行線状)
双子葉植物 種には2つの胚芽葉があります;広い葉;脈が枝分かれした網目状になる
比較される2つの葉:並走する脈を持つ長く細い単子葉の葉と、主脈と枝分かれした脈の網目を持つ広い双子葉の葉
単子葉の葉は並走する脈を持ち、双子葉の葉は枝分かれした脈の網目を持つ

ウイルス(追加内容)

ウイルスはどの生物界にも分類されません。細胞で構成されていないため、多くの科学者はそれを生命として数えていません。ウイルスは非常に単純で、次の2つの部分しかありません:

  • 外側のタンパク質の被膜、および
  • 内部の遺伝物質(遺伝子)。
六角形のタンパク質被膜に内部に一本の遺伝物質の鎖が入った単純なウイルスの図
ウイルスとは、遺伝物質を取り囲むだけのタンパク質被膜のことです

ウイルスは自分だけで生命活動を行うことはできません。感染する宿主―つまり宿主となる生物―の生体内でのみ複製できます。

探索

生物のグループ実験

識別特徴に基づいて生物のグループを比較しなさい。

English 日本語
kingdoms/ˈkɪŋdəmz/ 界
animal/ˈænɪml/ 動物
cell wall/sel wɔːl/ 細胞壁
plant/plænt/ 植物
photosynthesis/ˌfəʊtəʊˈsɪnθəsɪs/ 光合成
chloroplasts/ˈklɔːrəʊplæsts/ 葉緑体
fungus/ˈfʌŋɡəs/ 真菌
moulds/məʊldz/ カビ
mushrooms/ˈmʌʃruːmz/ キノコ
yeast/jiːst/ 酵母
prokaryote/ˈprɒkərɪəʊt/ 原核生物
bacteria/bækˈtɪərɪə/ 細菌
single-celled/ˈsɪŋɡl seld/ 単細胞
nucleus/ˈnjuːklɪəs/ 細胞核
protoctist/ˈprəʊtəʊktɪst/ 原生生物
algae/ˈælɡiː/ 藻類
vertebrates/ˈvɜːtɪbreɪts/ 脊椎動物
backbone/ˈbækbəʊn/ 背骨
mammals/ˈmæmlz/ 哺乳類
fur/fɜː/ 毛皮
birds/bɜːdz/ 鳥類
feathers/ˈfeðəz/ 羽毛
beak/biːk/ くちばし
reptiles/ˈreptaɪlz/ 爬虫類
scales/skeɪlz/ 鱗
amphibians/æmˈfɪbɪənz/ 両生類
fish/fɪʃ/ 魚類
fins/fɪnz/ 鰭
gills/ɡɪlz/ 鰓
arthropods/ˈɑːθrəpɒdz/ 節足動物
exoskeleton/ˈeksəʊskelɪtn/ 外骨格
joints/dʒɔɪnts/ 関節
insects/ˈɪnsekts/ 昆虫
antennae/ænˈteniː/ 触角
arachnids/əˈræknɪdz/ 蛛形類
crustaceans/krʌˈsteɪʃnz/ 甲殻類
myriapods/ˈmaɪrɪæpɒdz/ 多足類
segments/ˈseɡmənts/ 体節
ferns/fɜːnz/ シダ植物
spores/spɔːz/ 胞子
flowering plants/ˈflaʊərɪŋ plænts/ 被子植物
seeds/siːdz/ 種子
cotyledons/ˌkɒtɪˈliːdnz/ 子葉
monocotyledons/ˌmɒnəʊˌkɒtɪˈliːdnz/ 単子葉植物
leaf veins/liːf veɪnz/ 葉脈
dicotyledons/ˌdɪkətɪˈliːdnz/ 双子葉植物
viruses/ˈvaɪrəsɪz/ ウイルス
protein coat/ˈprəʊtiːn kəʊt/ タンパク質被膜
genetic material/dʒɪˈnetɪk məˈtɪərɪəl/ 遺伝物質
host/həʊst/ 宿主
digestion/daɪˈdʒestʃn/ 消化
1.3

試験対策

  • 7つの特徴を暗記し、正確な定義を覚えます。明確で完全な文として書き出します。
  • 消化作用は7つの特徴には含めません―栄養という過程の一部に過ぎません。「呼吸」も7つの特徴には含みません。
  • 学名において、属名は大文字で始まり、種小名は小文字で始まり、どちらもイタリック体で表します。
  • 二岐同定法を使用する場合、最初の選択肢のペアから始め、ステップごとに経路をたどります。先へ飛躍しないでください。
  • DNA塩基配列がより似ているほど、生物はより近縁であり(より新しい共通祖先を共有しています)。

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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