2020

長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)

SES１

生活講座１～生物のつくり（進化と構造）～【生物のつくりと、その進化を総合的に学ぶ】
１ ①生物の共通性と多様性
２ ①古生物と生物の進化
３ ①アミノ酸とタンパク質の構造と性質〔演習１〕生物の骨格スケッチ〔演習２〕タンパク質とアミノ酸の検出反応【関連ワード マッピング】
次の図に、講座テーマに関する語句を書き、関連する語句を線で結びましょう。

生物のつくり― 1 ―2020

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科学英単語
1

細胞cell2

系統樹

phylogenetic3

進化

evolution4

種

species

5

タンパク質

protein

6

アミノ酸

amino acid7

ペプチド結合peptide bond8タンパク質の変性

denaturation of protein

9

古生物

extinct plants and animals

10

化石fossil11

地質時代

geological age12

地史

historical geology

13

地球の起源

origin of the Earth

14

地球環境

Earth's environment

15

光合成

photosynthesis

16

恐竜

dinosaurs

17

隕石の衝突

meteor impact

18

人類の進化

human evolution

19

氷河時代

ice age― 2 ―tree

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１

生物の共通性と多様性

地球上で名前が付けられている生物種は約180 万種類である。しかし、実際はさらに多数の生物種がいると推定されている。それらがすべて「生物」であると認められるのは、共通の特徴をもつからである。
周囲と話し合って、生物の共通する特徴をいくつか考えてみよう。

その特徴は、次のようにまとめられる。
＜共通性＞①

すべての生物は細胞からできている 。 細胞を基本単位 として、生物としての活動が営まれている。
②

生物は、遺伝情報としてＤＮＡをもち、③生物が生きていくためのさまざまな活動に④

生物は体内や細胞内を、ある自分と同じ形質ＡＴＰ一定の状態に保つの子をつくる。のエネルギーを必要とする。
ことができる（恒常性）。

これらの①～④の特徴がすべての生物に備わっていることを考えると、現在の地球上にくらしている生物には共通の祖先が存在していたことがわかる。共通の祖先から世代を重ねるごとにさまざまな生物が出現していった。このことを進化と呼ぶ。進化は遺伝子の変化の積み重ねと環境への適応によって起こると考えられている。

現在、地球上には、 動物

菌類

原核生物

植物、、原生生物などの真核生物のあわせて５つのグループに分類される多様な生物が存在している。

生物は多様性がある中で、共通性をもつ→ 共通の祖先から進化した と考えられる。

― 3 ―と2020

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２

古生物と生物の進化①

私たちの地球の変遷と生物の進化
地球は太陽系の中で唯一、生命を育む特異な星である。原始の 海洋の中で生物が誕生し、生物が存在することによって、原始海洋や原始大気からなる地球表層環境が変化してきた。つまり地球表層環境と生物 とは互いに影響し合いながら変遷・進化し、両者は切っても切れない関係で結ばれてきたのである。

生物進化

４６億年のストーリーを見ていこう！

まずは、生物の進化によって区分した地質時代を知ろう。
現在

区分紀

新生 代
６６００万 年前

中生 代
２．５億 年前

古生 代

５．４億 年前先カンブリア 時代
４６億

第四紀

新第三紀

古第三紀

白亜紀

ジュラ紀

トリアス（三畳）

紀

ペルム（二畳）

紀

石炭紀

デボン紀

シルル紀

オルドビス紀

カンブリア紀（大量絶滅⑤）（大量絶滅④）（大量絶滅③）（大量絶滅②）（大量絶滅①）

原生代

２５億年前～

始生代（太古代）

４０億年前～

冥王代

４６億年前～年前

幹部はオールド！ お汁粉出番だ！ 咳き込む兄さん、ジュラシックパーク見よう！
幹部＝カンブリア→ オールド＝オルドビス→ お汁粉＝シルル紀→ 出番だ＝デボン紀→→ 兄さん＝二畳紀と三畳紀→ ジュラシック＝ジュラ紀→ パーク＝白亜紀→

見よう（三四）＝第三紀と第四紀

― 4 ―

咳＝石炭紀

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長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)②地球史の最初期の生物は・・・

先カンブリア時代

生命が誕生し、大気中に酸素が放出。

カンブリア紀の始まり以前の 5.4 億年前 より古い時代で、地球の歴史の中で最も長い時間を占める。
（１）最古の生命はいつごろ、どのようにして地球上に誕生したのだろうか。
アミノ酸 から タンパク質などの高分子己複製能力を獲得し、最初の 生命体ができる。これが膜に包まれ、自が誕生したと考えられている。

では、アミノ酸やタンパク質とはどんなもの？
タンパク質は三大栄養素の一つである。
三大栄養素

主な構成元素主なはたらき含まれる食べもの

タンパク質

C、H、O

体の組織をつくる

肉、魚、乳製品、大豆製品

油脂

C、H、O

エネルギーをつくる

肉、魚、乳製品、植物油、卵、バター

炭水化物

C、H、O、N、S

エネルギーをつくる

米、パン、うどん、ジャガイモ、砂糖(1)アミノ酸とはタンパク質を構成する物質で、 カルボキシ基（ －COOH ）と アミノ基 （ －NH2 ）の２つの官能基※をもつ物質。
※

官能基：一つの集団として、有機化合物の特徴やα-アミノ酸の構造
H O

反応性を示す原子の集まり｜｜｜

２つの官能基を同じ炭素原子にもっているアミノ酸を α-アミノ酸

H-N-C-C-O-H｜ ｜という。天然のタンパク質を構成するα-アミノ酸は約 20 種類ある。
置換基 R が物質によって違い、それぞれ固H R カルボキシ基
アミノ基有の名称がつけられている。

R の部分が、アミノ酸の種類によって異なる。

名称

示性式

グリシン

H2N－CH－COOH｜

H

R が水素原子(H)

H2N－CH－COOH

アラニン

｜

CH3

R がメチル基(CH3)

― 5 ―

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◇

長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)

日本発！うまみ成分「うま味」は 甘 味， 酸 味， 塩味とあわせて 5 つの基本的な味味， 苦として位置づけられている。 20 世紀初め頃，日本の池田菊苗博士は昆布だしに含まれているアミノ酸の一つ，グルタミン酸のナトリウム塩がうま味成分であることを発見した。その数年後，小玉新太郎が鰹節に含まれる核酸の関連化合物のひとつ， イノシン酸 のナトリウム塩もうま味成分であることを発見した。

（8必須アミノ酸 ）：体内で合成できない、もしくは微量しか合成できないアミノ酸（必須アミノ酸は食品として取り入れる必要がある。）(2) タンパク質とは生物の体をつくる重要な成分で、エネルギー源にもなる。人のからだの約２０％を占める。
α-アミノ酸の間で カルボキシ基 の－OH と アミノ基 の－H で H2O として外れながら次々に結合した高分子化合物。結合した－CO－NH－の部分を ペプチド
結合 という。
H2O

H O

H O

｜｜｜・・・ ＋｜｜｜

H-N-C-C-O-H｜ ｜H-N-C-C-O-H＋＋ ・・・

｜ ｜

H R

H R

→H O

H O

｜｜｜｜ ｜｜

H O

｜｜｜

H O
｜ ｜｜

…-N-C-C--N-C-C--N-C-C--N-C-C-…
｜ ｜｜ ｜

H R

H R

｜ ｜

H R

｜ ｜

H R
ペプチド結合タンパク質の詳しい性質は後半で学びます。

― 6 ―

中略

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長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)演習１～生物の骨格構造～
実験 ニワトリの手羽先の観察からバイオミメティクス（生物模倣）～ロボットアームの製作＋骨格標本作成から進化の証拠を考える～
SES１【目的】 ・解剖の技能を習得し、動物の進化について理解・考察する。
・関節のしくみを理解し、ロボットアームの製作に活用することでバイオミメティクス分野を知る機会とする。
【準備】
材料：ニワトリの手羽先
器具：解剖器具（解剖皿・解剖ばさみ・メス）、ピンセット、柄付針、ピペット ビー
カー（鍋）、ガスバーナー、金網、三脚、古い歯ブラシ、割り箸、カッター、セロハンテープ、ダンボール、ストロー、グルーガン、糸薬品：５％水酸化ナトリウム溶液、クレンザー【方法】 Ａ 解剖による関節の動きの観察

図は HP に掲載していません（１）ピンセットで皮膚をつまみながら切り取り、筋肉を露出させる。

Ｂ（２）関節を曲げてみて、関節の動きと筋肉の収縮の関係と筋肉や腱、骨の付き方をスケッチする。

骨格標本の作成（１）筋肉を露出させた手羽先をビーカーに入れ、熱湯で10分間煮る。
（２）関節部の骨のつき方に注意しながら筋肉や腱を除去していく。
（３）残った骨を５％水酸化ナトリウム溶液でゆっくりと加熱していき、図は HP に掲載していません

除去できなかった筋肉などを溶かしだしていく。この時、加熱しすぎると骨まで溶けだしてしまうので注意する。
（４）きれいになった骨を取り出してよく水洗いし、よく拭いてからダンボールにテープでつける。※クレンザーで処理すると漂白・消臭の効果がある。
（５）他の生物の骨格を参考に骨格の違いを比較し、進化について考察する。

― 14 ―

図は HP に掲載していません2020ｃ長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)

バイオミメティクス

ロボットアームの製作（１）①～⑤の流れに従って製作していく。

①手の型を切 ② 指 関 節 の ③段ボールの ④ グ ル ー ガ ⑤ 手 に 装 着り取る
所に折り切れ端に糸ンでストして糸をを入れる。
を巻き付け
ローを接指にかけ指に接着す着する。糸る。動かしる。
を通すてみる。
【結果・観察】関節を曲げてみて、関節の動きと筋肉の収縮の関係を観察し、筋肉や腱、筋肉の付き方・腱・骨のつき方をスケッチする。

【考察】作成した骨格標本と、他の生物とを比較して、気づいたことをまとめよ。

年月日

曜

校時年組番

【バイオミメティクスの天候

気温℃ 指導者の評価

班 氏名
生徒自己評価（1 できなかった ２余りできなかった ３まあまあできた ４できた）アイデアを記入してみなさい】

節のしくみを観察理解できた １ ２
進化を考察できた
１ ２
左欄のアイデアを出せた
１ ２― 15 ―

３ ４
３ ４
３ ４

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長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)

演習２～タンパク質とアミノ酸の検出反応～

SES１
実験

タンパク質の検出：キサントプロテイン反応【目的】 ・生体の構成要素であるタンパク質の成分元素を定性分析によって調べ、タンパク質の性質や反応に関する理解を深める。
【準備】
器具：試験管、試験管立て、試験管ばさみ、こまごめピペット、200 mLビーカー、ガラス棒、薬さじ、薬包紙、ガスバーナー、点火器具、沸騰石、ピンセット
薬品：生卵、水酸化ナトリウム（固体）、6 mol/L水酸化ナトリウム水溶液、0.5 mol/L水酸化ナトリウム水溶液、6 mol/Lアンモニア水、濃硝酸、塩化ナトリウム、0.1 mol/L酢酸鉛（Ⅱ）
水溶液、0.05 mol/L硫酸銅（Ⅱ）水溶液、赤色リトマス紙、純水【方法】（1） ビーカーに卵白 1 個分を入れ、5 倍の水を加えてよくかき混ぜる。さらに少量の塩化ナトリウムを少しずつ加えて透明な卵白水溶液をつくり、4 本の試験管に 3 mL ずつとる。
（2） 1 本めの試験管に水酸化ナトリウムを 3 粒程度加えて煮沸する。試験管の口付近に、水で湿らせた赤色リトマス紙を近づける。
（3） 2 本めの試験管に 6 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液 1 mL を加えて煮沸した後、0.1 mol/L酢酸鉛（Ⅱ）水溶液 2～3 滴を加える。
（4） 3 本めの試験管に 0.5 mol/L 水酸化ナトリウム水溶液 1 mL を加えて振り混ぜ、さらに、0.05 mol/L 硫酸銅（Ⅱ）水溶液を 1～2 滴加える。
（5） 4 本めの試験管に濃硝酸数滴を加えて穏やかに加熱する。冷却後、6 mol/L アンモニア水を 2～3 mL 加える。
■結果■
（1） 実験（2）～（5）の結果をそれぞれ記せ。
（2）
（3）
（4）
（5）
― 16 ―

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長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)■考察■（1） 実験（2）、（3）から、卵白を構成するタンパク質の成分元素として何が考えられるか。
（2）（3）（2） 実験（4）、（5）は、卵白を構成するタンパク質のどのような分子構造が原因となるか。
（4）（5）（３） 卵白を構成するタンパク質やアミノ酸には具体的に何があるか。文献などから調べてみよ。

（４） 実験（1）で、卵白水溶液に少量の塩化ナトリウムを加えると、透明な水溶液になるのはな
ぜか。文献などから調べてみよ。

（５） 気づいたことをまとめよ。

年月【一言感想文】

日曜

校時

年組番

天候

気温℃ 指導者の評価

班 氏名
生徒自己評価（1 できなかった ２余りできなかった ３まあまあできた ４できた）実験の内容が理解できた
協力して実験できた
考察がじゅうぶんできた― 17 ―

１１１２ ３２ ３
２ ３４４４

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長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)

グループ議論・発表①ｐ58「27 変化してきた地球環境」を読み、ｐ59 考えてみようについて②ｐ62「29 生物の多様性と保護」を読み、ｐ63 考えてみようについて― 19 ―

2020☆

長崎南 SSH 総合環境科学(Synthetic Environmental Science：SES)講座の内容をもとに、学んだことや感じたことなど、自由に記述しよう。

☆ 講座の内容をもとに、どのような探究(研究)活動ができそうですか？
疑問点や解決策など、社会貢献につながるアイデアを書いてみよう。

自己評価
理解度

優 ←
４ ・

３・

２

確認印
→・努力
１― 20 ―