兵庫県立加古川東高等学校
荒谷優太，石田河内薫，北野彩華，平岩尚樹，廣瀬友佳，赤塚千春，遙，中川潤哉，山本彩楓（顧問：川勝和哉

現 兵庫県立西脇高等学校）

マツの種類による松毬の鱗片配列の規則性の共通点と相違点
本 研 究 は， 日 本 農 芸 化 学 会 2014 年 度 大 会（開 催 地： 明 治 大学）での「ジュニア農芸化学会」において発表され，銀賞を表彰された．発表者らは，松毬（松かさ）の鱗片の配列様式について数年にわたって研究を続けており，その生物学的意
義 お よ び マ ツ の 系 統 関 係 に つ い て も 考 察 を 行 っ て い る な ど，得られた結果は非常に興味深いものとなっている．

し，この鱗片配列を詳細に観察すると，途中で規則性が変化していた．発表者らは，松毬の鱗片配列を詳細に観察し，その規則性の変化がもたらす生物学的意義について考察した．また複数種のマツの松毬の鱗片配列を比較することで，鱗片配列の規則性の変化の違いとマツの系統関係との間に相関関係があるか考察した．
【実験方法】ダイオオウマツ，クロマツおよびアカマツ

本研究の目的，方法および結果 *1の松毬を収集して，鱗片配列の規則性を調べた．具体的には 3 種類のマツの鱗片間の角度，松毬の軸と鱗片のな【目的】松毬の鱗片は，軸に対して規則正しく螺旋を描す角度および軸の直径を測定し（図 2a 〜 c），それぞれいて配列していることが知られている（図 1a）．しかの松毬の鱗片配列の螺旋パターンについて松毬の根元か

図 1 ■ 松毬で見られる螺旋構造と 3種のマツにおける松毬の形状
a. 松毬を根本から観察したもの．5枚（破線で囲んだ領域）と 8 枚（実線で囲んだ領域）の鱗片を単位とする螺旋が見られる．5 枚と 8 枚を単位とする鱗片の螺旋が交わる点にある鱗片は，共有鱗片．b. 3 種の松毬の形状．矢印はかさが開く位置．

*1 講演要旨集とポスターを部分的に改変転載．

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図 2 ■ 松毬の鱗片配列で見られる螺旋構造の解析
a. 松毬の底面から見た際の鱗片間の角度（ ‒ 平面における回転角），b.
松毬の軸と鱗片のなす角度（ 軸となす角），c. 松毬の軸の直径，d. 松
毬からペンチで鱗片を剥したもの（矢印は鱗片の長さ），e. 同一螺旋状の鱗片間距離の測定（矢頭は鱗片間距離）．

図 3 ■ 3 種のマツの鱗片配列の螺旋構造と規則性の変化が生じる位置
a. 3 種のマツにおける 5 枚（線 c）および 8 枚（線 d）の鱗片を単位とする螺旋構造，b. 螺旋の規則性が変化する位置．矢印はそれぞれの螺旋の方向性を示し，①〜③は根本から n 番目の共有鱗片の位置を示す．破線で囲んだ領域は，5 枚の鱗片からなる螺旋の規則性が変化してから（ダイオウマツでは 7 枚目と 8 枚目の間，アカマツとクロマツでは 3 枚目と 4 枚目の間），次の共有鱗片までの鱗片を，実線で囲んだ領域は，8 枚の鱗片からなる螺旋の規則性が変化してから（ダイオウマツでは 10 枚目と 11 枚目の間，アカマツとクロマツでは 4 枚目と 5 枚目の間），次の共有鱗片までの鱗片を示している．

ら先端まで数式化し，鱗片配列の規則性に変化が生じる【結果と考察】ダイオウマツ，アカマツおよびクロマツ

位置を調べた．また松毬の軸の先端部分の同じ鱗片からの松毬を観察すると，マツの種類によって形状や大きさ始まる 5 枚の鱗片からなる螺旋と 8 枚の鱗片からなる螺はかなり異なっていた（図 1b）．しかし上記 3 種類のマ旋のみを残し，その螺旋の鱗片の長さと鱗片間の距離をツに関して鱗片配列を調べた結果，そのいずれもが 5 枚

松毬の根元から先端までの位置ごとに測定した（図 2d,の鱗片とその反対側に伸びる 8 枚の鱗片を単位とする螺e）．さらに松毬の開く位置を明らかにするために，松毬旋構造をとっていた（図 1a, 図 3a）．このことから松毬

を水につけて鱗片を閉じさせた後乾燥させ，再度松毬のに見られる螺旋が 5 枚と 8 枚の鱗片を単位としているの開いたところを観察した．また 3 種類の開いた状態の松は，マツに共通の特徴である可能性が考えられた．また毬について，鱗片を剥して鱗片の位置を確認しながらそ

アルキメデスの螺旋の方程式 ＝ a θをもとに各松毬の鱗の内側にある種子を観察し，鱗片の位置と成熟の度合い

片間の角度，松毬の軸と鱗片のなす角度および軸の直径を調べた．

を求めることで， 枚目の鱗片における 5 枚と 8 枚の鱗556

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片を単位とする螺旋の方程式を明らかにしたところ，ダさらに松毬の各鱗片の裏面につく種子の成熟度合いをイオウマツでは 5 枚の鱗片からなる螺旋が 7 枚目と 8 枚鱗片の位置を確認しながら観察したところ，ダイオウマ目の間で，8 枚の鱗片からなる螺旋が 10 枚目と 11 枚目

ツでは，根本から 3 番目の共有鱗片から先端にかけて，の間でその規則性が変化していた（図 3b）．これらはいアカマツとクロマツでは，根本から 2 番目の共有鱗片かずれも 2 番目の共有鱗片と 3 番目の共有鱗片（5 枚の鱗ら先端にかけて成熟した種子が観察された．つまり螺旋片からなる螺旋と，8 枚の鱗片からなる螺旋が交差するの規則性の変化は，マツの種子の成熟と連鎖しているこ位置にある鱗片）の間にあたり，松毬が開く位置と一致とが示唆された．

していた（図 1b）．同様にクロマツとアカマツでは，5枚の鱗片からなる螺旋は 3 枚目と 4 枚目の間で，8 枚の本研究の意義と展望鱗片からなる螺旋は 3 枚目と 4 枚目の間で規則性が変化していた（図 3b）．これらの結果はいずれも 1 番目の共花びらの数や葉の付き方，植物の花や実に現れる螺旋有鱗片と 2 番目の共有鱗片の間にあたり，ダイオウマツの数，ヒマワリの花で見られる螺旋の数など，自然界のと同様に松毬が開く位置と一致していた（図 1b）．つま現象にはフィボナッチ数列が数多く出現することが知らり，松毬の開く位置は，螺旋の規則性が変化する鱗片かれている．本研究で扱っている松毬もフィボナッチ数列ら次の共有鱗片の間であることが明らかとなった．またに従って規則正しく螺旋を描いていることが知られていアカマツとクロマツは松毬の形状は多少異なっているもる．発表者らは，3 種のマツの松毬を調べ，その松毬ののの，螺旋の規則性が変化する位置および松毬が開く領大きさや形状がそれぞれ異なるにもかかわらず，共通し域が類似している一方，ダイオウマツとは異なっていて 5 枚と 8 枚の鱗片からなる螺旋構造をとっていることた．この結果は，これまで知られている 3 種類のマツのを明らかにするとともに，種によって鱗片配列の規則性類縁関係とも一致しており，松毬の鱗片配列の規則性かの変化が見られる位置が異なり，その結果，松毬の開くらマツの系統関係を推測できる手がかりとなる可能性が位置が異なることを明らかにしている．また松毬が開くあると考えられた．

位置は種子の成熟にも関係していることを明らかするな

次に 5 枚の鱗片からなる螺旋と 8 枚の鱗片からなる螺ど，学術的に非常に興味深いものとなっている．さらに旋について，鱗片の長さおよび鱗片間の距離を測定した

多くのマツの種を使って松毬の構造を比較することで，ところ，根本から螺旋の規則性が変化する鱗片までは，鱗片配列の規則性とマツの系統との関係がよりクリアに鱗片は短く窮屈に配列され，外側に張り出していた．一なっていくものと期待される．

方，そこから先端にかけては，鱗片は根本付近に比べて本研究は，身近な素材に焦点を当て，生徒たちがもっ比較的長く，また鱗片の長さに対して鱗片間の距離が十ている知識を活かして計画的かつ継続的な研究を進めて分に長くなっているため，鱗片が閉じられていた．つまいった結果であり，研究における基本的な姿勢をうかがり，螺旋の規則性が変化する鱗片から次の共有鱗片の間わせるものであった．今後のますますの発展を期待したにある鱗片は収まりが悪く，その結果，この部分から松い．

毬が開くものと考えられた．

（文責「化学と生物」編集委員）

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