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2008年度SSHサイエンス研究会

研究論文集

奈良女子大学附属中等教育学校

2008 年度 SSH サイエンス研究会

研究論文集

奈良女子大学附属中等教育学校
2009 年 2 月 1 日

2008 年度 SSH 生徒研究論文集
目次

あいさつ

・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.

奈良女子大学附属中等教育学校のカリキュラム・・・・・・・・・・・・ p.

第Ⅰ部

研究論文

物理班
ライントレースカーの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
曲げセンサを用いたアームロボットの作製・・・・・・・・・・・・・・ p.
電動車いすの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
筋電位計測システムの開発とその応用・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
惑星運動シミュレータの開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
数学班
暗号の種類とその構造・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
生物班
猿沢池のプランクトン・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
アゲハチョウのサナギの解剖に関する実験報告・・・・・・・・・・・・ p.
バイオエタノールに関する基礎実験・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
ベンソンの実験と ATP・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
カルスの基本的研究・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
乳酸菌と植物の共生・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
プラナリアの白色化死について・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
シカのフンを用いた除草剤の開発・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
地学班
ダイラタンシー・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
黄鉄鉱の秘密を探る・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
ハイスピードカメラによる事象の撮影・・・・・・・・・・・・・・・・ p.

高々度発光現象(スプライト)の観測・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
第Ⅱ部

活動報告

「サイエンス夏の学校」参加報告・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
「NSL 講座」参加報告・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
「台湾 ISSS」参加報告・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.
「かがくのひろば」実施報告・・・・・・・・・・・・・・・・・・・・ p.

はじめに
文部科学省から指定を受け、2005 年度より５年間の計画で進めて参りましたスーパーサ
イエンスハイスクール（SSH）の取り組みも、本年度で４年が経過します。中高６年一貫
教育校の特色を生かして、前期課程生（中学生）から数学的リテラシーおよび科学的リテ
ラシーの育成を積極的に行って参りました。また、SSH 指定を機に創設しました｢サイエンス研究会｣では、生徒たちがサイエンスの魅力を体験しながら、自由に実験・研究を行えるような環境を整えて参りました。本年度も生徒たちは自分たちの疑問から出発して、自由な発想で活発な研究を行い、得られた成果を全国 SSH 生徒研究発表会や各種の学会で果敢に発表しました。そして、数々の輝かしい賞を受賞するという快挙を成し遂げました。本
論文集はこれらの生徒たちの研究成果をまとめたものです。いずれの論文からも生徒たちの熱意と努力が伺えます。皆様にも是非、ご一読いただき、忌憚のないご意見、ご助言をいただければ幸いでございます。
３・４年生対象の NSL 講座では、大学教員による数学的内容および理科的内容を融合した先端的話題に関して集中講義がありました。また、本年度から SSH 重点枠プログラムの指定を受けて、国際連携の取り組みも一層進展しました。昨年５月には韓国の KSA との科学技術交流を、ビデオ会議システムを利用して実施し、８月には「台湾 ISSS」として高雄
女子高級中学（高校）との研究交流を行い、成功裏に終わりました。さらに、「かがくのひろば」では、本校の前期課程生が本学附属幼稚園・附属小学校の園児・児童に科学の面白さを伝えました。これらの報告もあわせて掲載いたします。
末筆になりましたが、SSH 運営指導委員の先生方を始め、大学・研究機関の先生方、さらにさまざまな面でご支援いただきました多くの皆様に心から感謝を申し上げます。来年度も生徒たちの活動を温かく見守り、ご指導、ご鞭撻いただきますようよろしくお願い申し上げます。
奈良女子大学附属中等教育学校
校

長

前

川

昌

子

（生活環境学部教授）

2009/1/19

平成20年度教育課程表奈良女子大学附属中等教育学校
学年
時間

1年

2年

3年

4年

共通

共通

共通

共通

国語基礎
(4)

国語総合
(3)

情報と表現
(1)

表現
(1)TA

5年

6年

文系

理系

文系

理系

現代文(2)

現代文(2)

現代文(2)

現代文(2)

古典(2)

古典(2)

古典(2)

古典(2)

古典講読(1)

古典講読(1)

化学Ⅰ(3)
生物Ⅰ(3)
地学Ⅰ(3)*(3)

化学Ⅰ(3)

日本史B(3)
世界史B(3)
地理B(3)*(3)

日本史B(3)
世界史B(3)
地理B(3)
政治・経済(3)*(3)

代数・幾何Ⅱ(3)日本史B(3)
世界史B(3)
地理B(3)*(3)

日本史B(3)
世界史B(3)
地理B(3)*(3)

解析Ⅱ(2)

世界史B(3)
文化と社会(3)△(0 or 3)

物理Ⅰ(3)
生物Ⅰ(3)*(3)

解析Ⅲ(3)
総合数学(3)*(3)

解析Ⅲ(3)

代数・幾何Ⅲ(3)
音楽Ⅱ(2)
美術Ⅱ(2)
生活デザインⅡ(2)△(0 or 2 or 3)

代数・幾何Ⅲ(3)Reading(2)△(0 or 2)

Reading(2)△(0 or 2)

情報B(2)
TA

情報B(2)
TA

体育(3)(4講座一斉展開)

体育(3)(4講座一斉展開)

生活科学(2)

生活科学(2)

1
2
3

国語基礎
(4)

4

国語総合(5)

5
6

社会・地理
(3)

社会・歴史
(3)

7

10

基礎数学Ⅰ 基礎数学Ⅱ(4)(4)

代数・幾何Ⅰ(2)

11
探究数学(1) 探究数学(1)

13

基礎理科Ⅰ
(3)
基礎理科Ⅱ
TA
(4)
自然探究Ⅰ

15

地球環境

16

(4)

音楽(2)
17
音楽(2)
18
美術(2)
19
美術(2)
20
21

工創基礎1
生活基礎1
(3)

22

工創基礎2
生活基礎2
(2)

26
27

音楽(2)
美術(2)
生活デザイン(2)
*(2)

技術総合
家庭総合
(2)

音楽Ⅰ(2)
美術Ⅰ(2)
生活デザインⅠ(2)
科学と技術(2)*(2)

家庭総合(2)

体育(2)(4講座一斉展開)

保健(1)

保健(1)

保健(1)

Introductory Introductory
English(S)English(S)
(3)
(3)

28

Integrated
English(2)
Integrated
English(S)(1)29

NET(1)

NET(1)

NET(1)

30

Basic
English(1)BasicEnglish(1)BasicEnglish(1)

31

道徳(1)

道徳(1)

32

HR(1)

HR(1)

Integrated
English(3)
Integrated
English(S)(1)

発展現代文(2)
選択漢文(2)
基礎理科(2)△(0 or 2)

古典講読(1)

数学特論Ⅲ・Ⅳ(2)
芸術Ⅲ(2)
倫理(3)△(0 or 2 or 3)

3435

道徳(0.5)

道徳(0.5)

物理Ⅱ(4)
生物Ⅱ(4)△(0 or 4)

代数・幾何Ⅳ・
Ⅳ特論(3)△(0 or 3)

解析Ⅳ・
Ⅳ特論(5)△(0 or 5)

Reading(2)△(0 or 2)

体育(3)Topic Studies(3)Writing(2)△(0 or 2)

Writing(2)生物Ⅰ(2)△(0 or 2)

数学特論ⅠⅡ(2)△(0 or 2)

数理科学(2)
数学特論ⅠⅡ(2)倫理(2)△(0 or 2)

HR(1)

HR(1)

世界学(2)
NSL講座(1)△(0 or 1)
HR(1)

化学Ⅱ(4)△(0 or 4)

Topic Studies Ⅱ(3) Topic Studies Ⅱ(3)NET(1)

NSL講座(1)△(0 or 1)
HR(1)

33

化学Ⅰ(3)
生物Ⅰ(3)
地学Ⅰ(3)△(0 or 3)

体育(3)Topic Studies(3)環境学(2)

世界史B(3)
政治・経済(3)△(0 or 3)

世界史特講(2)
日本史特講(2)
地理特講(2)△(0 or 2)

(4)

体育(2)
体育(3)

25

自然探究Ⅱ
・物質とエネルギー
・生命科学

体育(3)
(4講座一斉展開)

23
24

現代史(2)

解析Ⅰ
(3)

12

14

現代社会(2)

現代史
(2)

8
9

現代社会
(2)

Writing(0.5)
NET(0.5) *(1)HR(1)

Writing(0.5)
NET(0.5) *(1)HR(1)

アカデミック
テーマ研究(0.5)
テーマ研究(0.5)
テーマ研究(0.5)
テーマ研究(0.5)
アカデミックガイダンス△(0 or 1)△(0 or 1)△(0 or 1)△(0 or 1)
ガイダンス SSHテーマ研究(1) SSHテーマ研究(1) SSHテーマ研究(1) SSHテーマ研究(1) SSHテーマ研究(1)△(0 or 1)△(0 or 1)△(0 or 1)△(0 or 1)△(0 or 1)*選択必修：標記の科目から必ず1科目を選択する △自由選択：選択しなくてもよいし、選択するときはその単位数になるよう標記の科目から選択する
短期集中
9月

総合学習
探求

総合学習
探求

６年の数学科の科目については、半期毎に単位認定を行う

第

Ｉ

部

研 究 論 文ライントレースカーの開発
２年Ｂ組

羽鹿

諒

指導教諭

末谷

健志

１． 要約
私は H8-3664F とフォトセンサを用いて、ライントレースカーの開発に成功した。これ
により、黒線と白線を見分けて追跡する技術を習得できた。また、センサ技術の基本を学ぶことができた。
キーワード

マイコン、赤外線、フォトインタラプタ、PWM、モータードライバ、充電池

２． 研究の背景と目的

自分で制御したりするロボットが多く、自私は、今年度 H8-3664F というマイクロ

立型、つまりそれ単体で動くものはごくわ

コンピュータ（以下、マイコン）を用いてずかだった。そこで、コンピュータのソフ研究を行っている。

トや人間の操作に頼らない自立型ロボットを製作することで、今後の研究にも役立てることができると考えた。
そして、センサを搭載させて自動的に走行させ、固定された動作ではあるがロボッ
トが自ら走行することで、センサを扱う技
術と、自立型ロボットを作るための制御方
法、それぞれの基礎を学ぶことを目的とした。

図１

H8-3664F マイコン(黒色の IC)

今回の研究で目標としていたことをまとめると、以下のようになる。

これまで、PC からマイコンを経由してLED の点灯・消灯を制御することをはじめ

・ プ ロ グ ラ ムの 製 作 （ アナ ロ グ 入 力・
PWM 出力）として、可変抵抗でサーボモータを制御す

・ 自立型ロボットの制御る、といったことを行ってきた。しかし、・ センサの制御

これらは全て書籍に掲載されている回路図

・ ライントレース回路の製作とプログラムを用いて製作したものだった。

・ DC モータの制御

そこで、自分で０から全て作ることを目標として今回の研究に至った。
また、その書籍に掲載されていたのは、

３． 研究内容(1)研究事項

≪研究１≫

ライントレースセンサ回路を試作し、白色の位置にあるときと、黒色の位置にあるときとの出力される電圧差を計
測する。
≪研究２≫

アナログ入力プログラムを製作し、(A/D 変換)デジタル出力により LED
図２の点灯・消滅を行う。

フォトインタラプタ

研究２のプログラムに PWM

このセンサは、赤外線の光が黒色には吸信号を出力するように変更を加え、DC モ

収され、白色では反射するという原理を利ータを制御する。

用しているもので、赤外線 LED とフォトト≪研究３≫

ランジスタが一体になっているセンサであ
る。

(2)仮説
≪研究１≫

黒色のとき、約５V、白色のときに０V が出力される。

テスト回路を作る際、データシートやイ
ンターネットを用いて回路を参照し、参考にしたが、それぞれにおいて抵抗値や回路≪研究 2≫ 次に行う DC モータの制御のはばらばらであった。そこで、最も重要だ

際、左右のどちらのモータが機能しているった負荷抵抗について、赤外線 LED 側の抵か、またはどちらに曲がるかが一目で分か

抗はオームの法則より、次のように求めた。

るようになる。

電圧を E、電流を I、抵抗を R とすると、
R=E/I

≪研究３≫

DC モータは、機械的な反応が瞬時にできないため、PWM 信号を送ると電圧を調整するのと等価になり、制御ができる。

という式が成り立つ。そこで、次のような式を立てた。
R=5/0.02 （電圧＝５V、電流=20mA）
よって、抵抗値は 250Ω となる。
このテスト回路では輝度を調整するため、(3)研究方法≪研究１≫500Ω の半固定抵抗を用いた。
また、フォトトランジスタ側は正確にど

今回、ライントレース回路を製作するにの位の負荷抵抗を入れるとよいか不明だっあたり、「フォトインタラプタ」と呼ばれるたため、50kΩ の半固定抵抗を入れて実験しセンサを用いた。

た。今回の回路図を図３に表す。

これまでに出てきた「PWM 信号」とは、Pulse Width Modulation の略で、変調方式の一つである。

図３

テスト回路

そして、テスト回路の出力をオシロスコ

図４

PWM 信号ープに接続し、電圧を測定する。
これは、簡単に言うと、高速で電源の≪研究２≫
この研究では、MIT の松下光次郎氏に提供していただいた A/D 変換値をハイパータ

ON/OFF を繰り返しているもので、サーボモータや DC モータの制御に適したものといえる。

ーミナル上に表示するプログラムを用いてそこで、この実験では PWM 信号をモーA/D 変換ができる値かを調べた後、独自でタードライバ IC に流し、それを経由してモ処理プログラムを製作し、白か黒かを判別

ータを制御することにした。

し、LED にその結果を表すという実験を行った。
また、LED は２つ、左モータ・右モータ

モータードライバ IC というのは、中に H
ブリッジ回路という回路を内蔵した IC のことである。

に見立ててプログラムを製作し、実行した。
このプログラムの条件は以下の通りである。
・ ８ビットの A/D 変換を行う（センサ３
つ分）。
・ 上記の結果を２つの LED に表す。
・ センサが黒の位置にあるときに１、白の位置にあるときに０と読み取るように
する。
≪研究３≫

図５

モータードライバ

研究２のプログラムに PWM 信号を出力するような改造を加え、DC モータを制御できるようにする。

これを用いることにより、たとえ制御するために用いる信号が低電流・低電圧だったとしても、大電流・大電圧を必要とする≪研究３≫

高出力のモータを制御することができる。
また、もちろん普通のモータも制御することができるので、様々な用途に応用されている。
(4)研究結果≪研究１≫
電源装置を用いた測定実験では、センサが地面から約 2.5mm の距離で黒 5.11V～
4.48V、白 3.63V～3.11V まで、とおよそ

図７

電源を搭載したところ

1V 以上の電圧差があった。これによって、アナログ入力がうまくいく値が出力された実験では、図７のようなプロトタイプを製作し、実験した。

といえる。
また、９V→５V 安定化電源を用いた場合
でも、上記と同様の結果が得られた。
≪研究２≫

図８

トレースコース

実験する際は、図８のようなコースをビ
ニールテープで設置し、走行実験を行った。
図６

実験風景

結果的には、走行は成功であった。

今回の実験では、図６のように白・黒・

４．考察

白とラインを並べたところに研究１におい≪研究１≫て最適とされた高さにセンサを配置し、テストした。
このときは、プログラムで設定したとおりに LED が発光した。

この研究では、ハンダ付けの際に用いる基板の固定台を用いてセンサの高さを調節し、測定した。また、実験を２段階に分けて行った。２段階で行うことで、それぞれ電源を違うものにしても違いが現れないか、

という検証を行った。１段階目は、電源がまず、このセンサの出力電圧を測定する

比較的安定している電源装置を用いてセンにあたって、前もって製品のデータシート

サ部の電源として、オシロスコープで電圧やインターネットなどを用いて必要な諸条を測定する。２段階目は９V 電池を三端子件を調べていた。また、先輩にもアドバイ

レギュレータ５V に安定化した電源を用いスをいただいていた。その結果、実際に計た。測定時の条件は以下の通りだ。

測しない限りはマイコンで読み取ることが・ 電源装置の電源 : ５V/0.2Aできる値が出力されるかは分からないとい・ ９V→５V 安定化電源：５V/1.2A

うことが分かっていた。そのため、焦点距・ ２ 段 階 目 では １ 段 階 目の 測 定 の うち離である６mm をベースに、１mm ずつ下げて

A/D 変換の数値を測定するのみを行っ

いき、半固定抵抗を調節して測定した。

た。

・ 白と黒で１V 以上の差があったときに≪研究２≫
この研究では、まず最初に MIT の松下光

測定を止める。

・ 用いたセンサ：フォトインタラプタ

次郎氏に提供していただいた A/D 変換値を

RPR-220

ハイパーターミナル上に出力するプログラ

ローム社

ムと研究１で製作したセンサ回路を用いてA/D 変換値を測定した。

図９

測定時風景①

図 11

ハイパーターミナル上に出力された A/D 変換値出力パターン

図 11 より、L・C・R はそれぞれセンサの位置を表している。
（Left，Center，Right）
そして、四角で囲んでいるところがそれら
図 10 測定時風景②の値である。それぞれを見ると分かるのが、
まず、数値の大幅な違いである。一番上のブロックでは、L はシルバー、C は白、R

「1/1/0」「1/0/0」「0/1/1」「0/0/1」「0/1/0」は黒の位置にある。このとき、L は 068～

「0/0/0」「1/1/1」）。

180、C は 012～137、R は 216～243 といまた、出力の I/O ポート２ch には動作う値が出力されている（R においては、比確認用の白色 LED がついている。

較のために 179 という値は省略している）。

製作したプログラムの流れを下図に表す。

また、ひとつ下のブロックでは、L はシル
バー、C は黒、R は白の位置にある。このとき、L は 127～148、C は 241～244、Rは 012～045 という値がそれぞれ出力されている。これらの結果より、白は 012～137、
黒は 216～244 という値が出力されており、A/D 変換によるはっきりとした判定が可能であることが分かる。また、特別に測定したシルバーにおいても、白と重複するところはあるが、068～180 という値が出力されており、ある程度の判別も可能であることが分かった。

図 12 プログラムの流れ≪研究３≫

次に、A/D 変換プログラムの製作を行っ

この研究では、「PWM 出力プログラムのた。A/D 変換とは、アナログ・デジタル変製作」と「DC モータの制御」を目的とし換の略で、マイコンの機能の一つであり、て実験を行った。

マイコンに入力されたアナログ信号（電圧

この実験で用いるプログラムは、研究２の変化）をデジタル信号（０か１、すなわで製作したプログラムに PWM 出力のコー

り ON か OFF）に変換するものである。

ドを追加したものである。

プログラムは、C 言語で記述している。

今回のプログラムの流れを下図に表す。

また、プログラムは秋月電子通商の H8 マ
イコン開発キットに付属している C コンパ
イラやヘッダファイルを用いて製作した。
さらに、参考文献[1]も参考にして製作した。
プログラムの内容を下記に表す。
・ センサの値は A/D 変換ポート３ch 分を用いて入力、8bit モードで読み取る。
（０～255）
・ A/D 変換値が０～170 のときを白、170～255 のときを黒とする。
・ センサ信号を処理するため、パターンを７つ設定する（黒を１、白を０とすると、

図 13 プログラムの流れまた、DC モータの制御ではマイコンかかった。このセンサは本来、６mm までのらモータードライバに PWM 信号を送り、距離にある、白色と黒色を判別できる。かDC モータを制御する方式をとった。

つ６mm が最適な距離とされているが、今PWM 信号を送ることで、電圧を可変す
るのと等価になり、DC モータのスピード
を細かく変えられて制御にとても適している。
しかし、マイコンから出力される PWM
信号は５V 出力だが電流がとても微弱なも回の実験では、2.5mm と比較的低い位置でしか検知できなかった。
また、今回 DC モータの制御に PWM 信
号を用い、何度か実験をした上で PWM 信
号にはそれぞれ以下のようなメリットとデメリットがあった。

のなので、このまま直にモータに接続してもパワーが弱く、動かない可能性がある。

＜メリット＞

そのため、モータードライバを間接的に用・ モータやサーボモータなど、アクチュエい、モータ用の別電源で動作させた。

ータの動作の調整にとても適している。
・ カーブなどの角を曲がるとき、左右のモータのスピード調整が簡単にできる。
＜デメリット＞
・ とても微弱なものであり、直接アクチュ
エータの制御ができない。
・ スピード調整は簡単にできるが、実際にどの位の出力値かが分からない。

図 14 製作したライントレースカー

今後は、メリットを生かしながら、デメ
リットを解決し、また、PWM 信号を用い５．まとめと今後の課題
今回の研究では、以下のことを調査ある

たアクチュエータの制御を中心に研究を進めたいと思っている。

いは実験できた。
・ フォトインタラプタを用いたセンサ回
路の製作

６．参考文献・サイト[1]「ぼくらのマイコン・ロボット工作」、横・ センサ出力値の計測

井浩史・松下光次郎共著、CQ 出版社

・ アナログ入力・PWM 出力プログラムの(2006)

製作
・ モータードライブ回路の製作
・ ライントレースカーの製作
しかし、センサのデータシートに表記された、センサの焦点距離での測定ができな[2]Wikipedia ( PWM 制御)[3]ローム社：RPR-220 データシート
www.rohm.co.jp/products/databook/s/p
df/rpr-220-j.pdf[4]東芝セミコンダクタ：TA7291P データシ

ート
www.semicon.toshiba.co.jp/docs/datash
eet/ja/LinearIC/TA7291F_TA7291SG_j
a_datasheet_070613.pdf[5]秋月電子通商「AKI-H8/3664fp マイコ
ンモジュールキット」
http://www.aki-den.jp/kit_manual/%83%7d%83C%83R%83%93%8a%d6%8cW/
A34_AKI-H83664%83%82%83W%83%
85%81%5b%83%8b.pdf

７．謝辞
今回の研究にあたり、MIT の松下光次郎
先生にハードウェア技術やプログラミングなどの指導、また、A/D 変換値をハイパー
ターミナル上に表示するプログラムを提供していただきました。また、ライントレー
スカーのアドバイスや、技術指導を物理班
顧問の末谷健志先生、サイエンス研究会物理班の先輩方にいただきました。
お世話になった方々、本当にありがとうございました。

曲げセンサーを用いたアームロボットの作成
３年Ａ組
指導教諭

庄野
末谷

裕貴
健志

１．要約
曲げれば抵抗値の変わり、曲がり具合を検知できる、いわゆる「曲げセンサー」を用いて、手の動きに連動して動くアームロボットの作成に成功した。
キーワード

曲げセンサー、H8、サーボモーター、AD 変換、アームロボット

２．研究の動機
昨今、ロボットが身の回りにも様々に登場するようになった。
調べてみると、その構造は比較的単純で、ある程度の知識と技術があれば製作が可能なように思えた。そこで、手始めにアーム
ロボット（手の指などの基本的な構造を備えたロボット）に注目し、実際に制作してみた。
３．研究目的
次の条件を満たすアームロボットを製作する。
① 手の動きと連動してロボットが動くこと② 安価であること

図１H8H8 は、マイクロコンピューターの一種であり、書き込まれたプログラムに従って、サーボモーターなどの動作に必要な信号をはき出す。プログラムは改変が可能で、安価で手軽なハードウェアコン
トロールとして、ロボットに限らず、多くの家電製品に採用されている。

４．仮説
曲げセンサーをインターフェースに用いることで、直感的に操作が可能な手の動きと対応するアームロボットをつくることができる。
５．研究内容≪研究１≫可変抵抗を用いたアームロボッ
トの製作
テキストを参考にして、製作した。このテキストに紹介されていたロボットは、３つの部分から構成される。
①H8(マイコン)②サーボモーター③可変抵抗
アームロボットに限らず、基本的なロボットの構造および動作には、この３つがあれば良い。それぞれを以下に簡単に説明する。

図２

サーボモーター

アームロボットが何かものをつかむためには、手の関節のように曲がる必要がある。
これを実現するのがサーボモーターである。
一般的な DC モータとは異なり、ある程度負荷がかかっても、指定した角度を保つことが可能である。当然、DC モータのように電流を流せば動く、という単純なものではなく、角度制御に必要なパルス信号を入力しなければならない。本研究では、このモータを３つ使用した。

可変抵抗との違いを調べた。
曲げセンサーは、曲げセンサーの真ん中で曲がることによって、アナログ信号を出すので図５のように分度器をあてながら、
曲げセンサーを曲げ、測定した。

図３

可変抵抗

可変抵抗は、つまみのまわり具合で、抵抗値が変化する。一定電流を流しておくことで、抵抗値の変化により、H8 に入力する動作電圧を変化させることができる。
≪研究２≫ 曲げセンサーを用いたアーム
ロボットの制作
研究１を土台にして、曲げセンサーを用いたアームロボットを製作した。研究１における可変抵抗を曲げセンサーに変更する。
すなわち、構成としては、① H8(マイコン)② サーボモーター③ 曲げセンサー

図５

測定の様子

曲げセンサーについて、簡単に説明する。

図４

曲げセンサー
図６

曲がり具合による抵抗値の変化

曲げセンサーは曲がり具合によって、抵抗値が変化するインターフェイスである。

図６の上側は、曲げセンサーの曲がり具

今回曲げセンサーを使用するにあたって、合によって抵抗値が変化することを示すグ

ラフである。このグラフより、１°あたり33Ωずつ抵抗値が増えている。
図６の下側は可変抵抗のボリュームのまわし具合によって抵抗値が変化することを示すグラフである。このグラフも１°あた
り30Ωずつ抵抗値が増えている。
これらより両者とも操作に対して抵抗値が同じように直線的に変化している。した図８

アームロボット

がって、この研究以前に制作したアームロ
ボットの可変抵抗部分をそのまま曲げセン
サーに置き換えることが可能であると考えた。

６．結果（１）製作結果≪研究１≫

図９

可変抵抗を動かすことによって、３つの各サーボモーターを制御することができた。

（２）制作費用
H8・・・1,600円≪研究２≫
曲げセンサーを動かすことによって、３つの各サーボモーターを制御することができた。曲げセンサーを手袋に縫いつけ、こ

サーボモーター・・・1,600円×３
曲げセンサー・・・2,200 円×３
可変抵抗・・・70 円×３
合計 13,000 円

れを手にはめて動かすことにより、研究１
よりも、アームロボットを直感的で分かりやすく操作ができた。

８.まとめと今後の課題
曲げセンサーというインターフェイスを用いて、人間の手の動きに対応して動くアームロボットの制作に成功した。曲げセンサーを用いれば、さらにさまざまなものを直感的に操作できると考えている。具体的には、サーボモーターを制御したときに使用したデジタル信号を用い、通常のモーターを制御し、ラジコンカーを直感的に曲げセンサーでコントロールしたい。

図７

９.参考文献[1]「ぼくらのマイコンロボット・ロボット
工作」、横井浩史、松下光次郎共著、

CQ出版

TW. TMRW. BIT .CKS =1
TW. TCRW. BIT. TOB=1

10.謝辞
この研究を進めるにあたりハードウェア

TW. TCRW. BIT . TOC =1
TW. TCRW . BIT. TOD =1

技術やプログラミング技術などに関して、TW.GRA =40000

さまざまな方々に助けていただきましたが、

TW. GRB =1400

特に物理班の顧問である末谷先生とMITのTW. GRC=1400

研究員である松下光次郎先生には数々のごTW.GRD =1400

指導をいただきました。先生方に深く感謝

TW. TMRW.BIT =1

します。

（上の命令はサーボモーターに最初の信号を設定している。）

11.資料

AD. CSR. BIT.ADST=0（１）動作原理

AD. CSR. BIT. SCAN=1
AD. CSR. BIT. CKS=1
AD. CSR. BIT. CH=2①②③

関節を曲げることによって曲げセンサ（上の命令はアナログ信号をデジタル信号に変えーが曲がる。

るための初期設定をしている。）

曲げセンサーが曲がると電圧が変化し、While(1)

アナログ信号がH8に送られる。

if (TW. TSRW. BIT. IMFA==1)

H8の中でアナログ信号がデジタル信TW. TSRW. BIT . IMFA=0号に変換され、デジタル信号がサーボ

AD.CSR.BIT. ADST=1モーターに送られる。

while(AD.CSR.BIT. ADST ==0)

④ デジタル信号をうけて、サーボモーター
が回転する

AD. CSR. BIT . ADF=0
AD. CSR. BIT. ADST=0（２）H8の制御命令と説明（上の命令はアナログ信号をデジタル信号に変え#include <3664.h>ている。）

void main (void)x0=(int)(AD.DRA>>8)

int x0,int x1 ,int x2

x1=(int)(AD.DRB>>8)（上の命令はアナログ信号をH８に送るさいに使

x2=(int)(AD.DRC>>8)

用するピンを設定している。）（上の命令はH8がアナログ信号からデジタル信号

TW. TMRW. BIT .PWMB =1に変換した値を読み取っている。）

TW. TMRW. BIT .PWMC =1

TW. GRB=1400＋（x0）×25

TW. TMRW. BIT .PWMD =1

TW.GRC= 1400＋（x1）×25（上の命令はH8からサーボモーターに送るさいにTW.GRD=1400＋（x2）×25

使用するピンを設定している。）（上の命令は読み取った値もとにサーボモーター

TW. TMRW. BIT .CCLR =1を動かす命令である。）

電動車いすの開発
５年Ｂ組 樋口 幸太郎
指導教諭 末谷 健志

１．要約
今回私は、自動追尾型買い物カートの緻体を製作した経験を生かして、電動車いすの開発を行った。市販の車いすを電動化することで、人を乗せた状態で動作させることに成功した。しかし、左右の駆動車輪の速度差の問題が残ってしまった。今後は、駆動方法の見直しを行い、より実用的な電動車いすを開発していこうと考えた。
キーワード

ギヤ、リレー、DC モータ、PIC、H ブリッジ、キックボード、電動車いす

２．研究の背景
私は以前、５ｃｍ以下のマイクロニ足歩行ロボットやライントレーサ、４足歩行ロ
ボットを０から開発したが、それらは実際に社会で役に立つロボットではなかった。
そこで、何か実際に役に立つロボットが作れないかと考えた。そこから、以前開発した PIC のシリアル通信とモータ制御技術を組み合わせることで、電動車いすを作ろうと考えた。市販の電動車いすは高価なため、自作すれば安くできると考えたからである。
３．研究目的
電動車いすを開発する。
≪研究１≫基礎設計①ギヤ比②筐体≪研究２≫市販の電動キックボードの利用≪研究３≫市販の車いすの利用

４．研究内容（１）研究仮説≪研究１≫基礎設計①ギヤ比
カートの速度とモータの回転速度からギヤ比を計算し、約 50cm/sec (人の歩く速さの半分)の速度で動作させることができる。
②筐体の製作
モータとタイヤにギヤを取り付けることで、重いものを乗せてもカートの移動が可能になり、タイヤの空回りが少なくなる。
≪研究２≫市販の電動キックボードの利用
市販の電動キックボードを改造して、電動車いすを制作する。
≪研究３≫市販の車いすの電動化
市販の車いすに駆動車輪を取り付け、人を乗せて動作する。
（２）研究方法≪研究１≫基礎設計①ギヤ比
カートを約 50cm/sec(人の歩く速さの半分)の速度で動作させるために、タイヤの直径とモータの１秒あたりの回転数を求める。
②筐体(ⅰ)１×４の木材を使用し、本体のフレームを製作する。
(ⅱ)モータとギヤの組み合わせには精度が必要なため製図する。製図には Jw_cadを用いた。
(ⅲ)図面に基づき駆動部を加工し、組み立てる。
≪研究２≫市販の電動キックボードの利用(ⅰ)市販の電動キックボードを２台用意する。
(ⅱ)電動キックボードを木材で固定し、電動車いすをつくる。
≪研究３≫市販の車いすの利用(ⅰ)市販の車いす（電動でない）を用意する。

(ⅱ)電動キックボードの駆動部をｉに取
り付ける。
（３）結果
≪研究１≫基礎設計①ギヤ比
タイヤの直径とモータの回転数を計測した結果、次のようになった。
タイヤの直径 7.5cm
モータの回転数＝2.7 回/sec
移動距離＝7.5×π×2.7＝63.585(cｍ/sec)
これは必要な速度（人の歩く速さの半分≒50cm/sec)を満たしているので、使用したモータに対するギヤ比は１：１に決めた。
②筐体の製作
本体のフレームと駆動部を組み立てた。
しかし、実験中に故障が頻発した。これ
は、ギヤの歯があまりにも小さいために、加エミスや動作中の衝撃によって軸がずれてしまうと、お互いのギヤの噛み合わせが悪くなり、空回りしてタイヤが回らなくな
りギヤが擦れ合うことによって起こったものだった。
ギヤの歯を深いものに交換したところ、噛み合わせの部分が大きくなり、確実にカートを動作させることができた。故障も減り、修理の手間も省けるようになった。
≪研究 2≫市販の電動キックボードの利用人を乗せた負荷の高い状態で、ある程度の速度で前進と後退ができた。しかしながら、左右に曲がる際にコードが発火した。
≪研究３≫市販の車いすの利用人を乗せた状態で、前進と後退、左右旋回に成功した。また、カーペット上での動作にも成功した。研究１，２に比べて、電動車いすに必要な基礎的な駆動機能は、確保できた。しかし、左右の駆動車輪でわず
かながら動作のレスポンスや速度が違うので操作しにくいという欠点があった。

５．考察≪研究１≫基礎設計①ギヤ比
結果から、ギヤ比を計算したことによってカートを必要な速度で動かすことができ、目的を達成できた。
②筐体の製作
本体を製作した結果、ギヤを用いることによって安定してカートを動作させることに成功した。設計を改良することで PC のセッティングを楽にし、小さく軽くできな
いかと考えている。
≪研究２≫市販の電動キックボードの利用
コードが発火した原因は５つあると考えられる。
①駆動部にキックボードを使ったからキックボードの駆動部の減速比が小さかったため、トルクが十分に出なかった。したがって、規定値以上の負荷がかかってしまったと考えられる。
②バッテリーの接続に耐圧の低い DC コネ
クタを使ったから。
モータの駆動中にモータの軸が強制的に止められると、過電流が流れる。それによってコネクタ及び導線が発熱したと考えられる。
③本体が重かった
本体部分だけで 30kg の重量があり、規定値以上の負荷がかかった。軽量化につとめたが、本体底面の補強に木を多く使い、重くなってしまった。
④駆動車輪の幅が狭かったから。
駆動車輪の幅が狭いほど、曲がるときに駆動部が多くの力を必要とする。本体を小さく作ろうとするあまり、幅を狭くしすぎた。
⑤駆動車輪の直径が小さかったから。
キックボードの駆動車輪は直径が 14cm
であり、自転車（直径約 70cm）の 1/5 の大きさだった。一般に駆動車輪の直径が小さ
いほど、車輪は多くの力を必要とする。よって、動かなかった。

≪研究３≫市販の車いすの利用
左右の駆動車輪で速度が違った原因は、利用した市販されているキックボードの個体差が大きかったことによる。また、キックボードの車輪と車いすの車輪が時折はずれてしまい、これも動作を不安定にさせた。
個体差に対する補正とキックボードの車
輪と車いすの車輪を密着させる部分にさらなる改良が必要となった。

６．まとめと今後の課題
自動追尾型買い物カートの筐体を製作した経験を生かして、安価な電動車いすの開発を行った。
その結果、市販の車いすを電動キックボードと組み合わせることで、人を乗せることの出来る、安価な電動車いすを実現できる道筋を得た。
しかしながら、より現実的な電動車いすを実現するためには、駆動部分にさらなる構造的改良が必要であることが分かった。
７．参考文献[1]｢エコ電気自動車のしくみと製作｣、日本
太陽エネルギー学会編、オーム社(2006)
８．謝辞
ご指導頂いた末谷先生、ありがとうござ
いました。

図２

図３

研究の全体像②≪研究１≫基礎設計

図３のように、別の研究である「自動追尾型買い物カート」として製作した筐体を
改良した。

９．資料

図４
図１

研究の全体像①≪研究２≫市販のキック
ボードの利用図４≪研究３≫市販の車いすの利用

図４のように、市販の車いすにそれぞれ
電動キックボードを密着させ、電動化を試みた。

図５

駆動系の回路図

駆動系の回路には、図５のように、モータの直接制御にはリレー回路を、リレーに対する動作信号は、PIC を用いた

筋電位計測システムの開発とその応用
５年Ａ組

西田

惇

指導教諭

末谷

健志

１．要約
近年，コンピュータの普及により様々な処理が行えるようになった．しかし現在のコンピュータインターフェイスは，コンピュータに慣れない人にとっては決して扱いやすいデバイ
スではない．そこで私は人間の体の状態，特に腕の動作を操作対象に反映させれば直感的に電子デバイスやソフトウェアを制御できるのではないかと考えた．これを実現するために，筋肉の制御信号を取得・解析するシステムを低コストで構築し，かつ安定的に動作させることに成功した．実際に，このシステムを用いてモーターカーやゲームを筋電位つまり腕の動作だけで操作したところ，操作方法を学ぶ時間を必要とせず直感的に対象を操作することが
できた．
キーワード

インターフェイス，筋電位（EMG），信号増幅，ノイズフィルタ，
FFT(周波数解析)

２．研究背景現在，コンピュータやロボットなど，様々(1) 仮説<研究Ⅰ>「筋電位計測システムの開発」

な家電製品や電気機器が発達し続け，高度人間の筋電位をスイッチングに用いる化している．しかし，それに伴って，操作ことのできるレベルまで電気的に増幅（10方法が複雑化し，便利だが使いにくい状態

万倍）する電子回路を開発できる．

にある例がたくさんある．そこで私は，人間の腕の動作という側面から，直感的で分<研究Ⅱ>「単純閾値判定を利用した応用デかりやすいインターフェイスの開発に取りバイスの開発」

組んだ．

取得した筋電位のスイッチングデータを
新しいインターフェイスとして利用し，

３．目的
非常に微弱な筋電位を増幅，不要なノイ

様々なソフトウェアやハードウェアのコン
トローラとして応用できる．

ズを除去する電子回路を開発する．また，増幅された信号をコンピュータで認識し，<研究Ⅲ>「フーリエ解析を利用した腕動作

新しいコントローラとして使えるようにす

識別アルゴリズムの開発」

る．

取得した筋電位波形を周波数解析することにより，腕の動作を詳細に認識すること

４．研究内容ができる．

<研究Ⅳ>「腕動作自動識別ソフトウェアの開発」

腕動作識別アルゴリズムを採用した腕動
作自動識別ソフトウェアの開発

研究Ⅲにおいて開発したアルゴリズムを用いて腕の状態を詳細にかつリアルタイム(3)研究結果に識別できるソフトウェアを開発できる．

<研究Ⅰ>「筋電位計測回路の開発」
そもそも筋電位とは，人体に流れる生体(2) 研究方法

電位のことである．私たちが筋肉を動かす<研究Ⅰ>「筋電位計測システムの開発」

直前に，脳は神経を介して筋肉に電気的な差動増幅回路および，ローパス，ハイパ

信号を送る．この電気的な信号が筋電位スなどの各種フィルタなどハードウェアレ(EMG:electromyoram) と呼ばれ，皮膚表

ベルの研究

面に 10μV～100μV と微弱ながら漏れている．これをコンピュータで認識できるよう<研究Ⅱ>「単純閾値判定を利用した応用デにするには，増幅器と不要なノイズを除去

バイスの開発」

するフィルタ回路が必要となる．構築した① 筋電位を利用したモーターカーの制御システムは図１のようになった．

方法の検討と開発② 筋電位を利用したゲームソフトの制御方法の検討と開発③ 筋電位を利用した簡易筋電義手の制御方法の検討と開発<研究Ⅲ>「フーリエ解析を利用した腕動作
識別アルゴリズムの開発」① 取得した筋電位波形の最大周波数から腕動作を識別するアルゴリズムの検討と開発② 取得した筋電位波形のエネルギー分布の中央値から腕動作を識別するアルゴリ
ズムの検討と開発③ 取得した筋電位波形のエネルギー分布の中央値を二次元にグラフにプロットし腕動作を識別するアルゴリズムの検討と開発<研究Ⅳ>「腕動作自動識別ソフトェアの開発」

図１

開発したシステムの全体図

■フィルタ回路の設計■電極の設計まず筋電位を取得するための電極を開発

増幅回路により増幅された信号には，筋した．当初は医療用のディスポ電極を使用

電位信号の他に，取り除けなかった商用電していたが，入手がやや困難であることか源からのノイズや，筋電位以外のその他のら使用を諦めた．まず製作したのが導電性

ノイズが多く含まれている．そこで，不要の高い銅板を用いた電極である．しかしすなノイズをカットするためにフィルタを製ぐに酸化してしまい扱いにくいことから，作した．製作したフィルタは，特定の帯域

スズを主成分とする半田を溶解し，電極にのみをカットできる「ノッチフィルタ」と用いた(図２)．

特定の帯域のみを通す「バンドパスフィル
タ」である．

図２

製作した電極■増幅回路の設計
今回，私は「差動増幅回路」と呼ばれる図４製作したアンプボード回路を採用した(図３)．これは，２極間の電位差(Vin1-Vin2)を増幅するため，図３の製作したノッチフィルタ(図５)とバンド

ように，外来ノイズが混入しても減算されパスフィルタ(図６)の周波数特性図を以下る．これにより，商用電源(60Hz)や蛍光灯に示す．

から混入するノイズを打ち消すことができ，
筋電位信号のみを抽出できる．製作した増幅器は図４のようになった．

図５

図３

差動増幅回路の仕組み

ノッチフィルタ周波数特性

アナログ−デジタル変換を行うことができないため，筋電位信号の絶対値を求める必要がある(図８)．

←入力信号←絶対値信号

図６

バンドパスフィルタの周波数特性

図７

設計した増幅回路で増幅し

図８

Sin 波に対する絶対値を出力している様子図９製作した MPU ボード

た筋電位信号の様子
パンドパスフィルタは，ハイパスフィル
タとローパスフィルタで構成される．製作<研究Ⅱ>「単純閾値判定を利用した応用デバイスの開発」

したフィルタ回路の特性について説明する．

RS232 で PC に送られた筋電位信号から，

まず，周囲の電源コードや機器など商用電腕の状態をある程度認識できないかと考え，源に由来する交流ノイズ 60Hz(西日本)をVisualStudio2005 を用いて単純閾値判定ノッチフィルタで除去し，筋電位の周波数

ソフトを０から開発した(図 10)． フォー

帯域(10Hz～１kHz)以外の信号を除する

ムには，マイクロコンピュータとの通信のためにバンドパスフィルタに通す．これら設定を行うためのボタン，閾値判定に関すにより，筋電位以外の不要なノイズをほぼる設定をおこなうボタン，筋電位信号が閾カットすることが可能となった（図７）．

値を超えたかを表示するアイコンとグラフ，
その他のソフトウェアを呼び出すためのボ■絶対値回路の設計
フィルタを通過した信号は，振幅±4．５V の電位で構成されている．そのままでは正電源で動作するマイクロコンピュータでタンがある．

これにより，正確にかつ安定的に筋電位の信号をスイッチング動作に応用することが可能となった(図 12)．
単純閾値判定ソフトによって得た筋電位のスイッチングデータを他の処理でも使えるようにするため，フォーム内に他のソフトを呼び出すボタンを配置した．これにより，筋電位のスイッチングデータをそのまま使用して他のソフト及びハードウェアを制御できる．
図 10 開発したソフト■単純閾値判定アルゴリズムの考案
はじめに私は，「加算判定法」というものを開発した(式１)．原理は非常に単純で，取得した筋電位信号 50 サンプルの総和がある一定の定数を超えれば，論理値１(=ON)として扱うものである．しかしこのアルゴリズムでは，少しでも腕に力が入る

図 12 図 10 で表示されている入力信と定数を超えてしまい，ハードウェアやソ号に自乗平均法を適用した様子

フトウェアの制御には不向きだった．
nSum   xi (n  50)

(式１)

i 1

そこで次に，「自乗平均判定法」というものを開発した．これは，取得した筋電位信号 20 サンプルそれぞれを２乗し，その平均の平方根を求め，その値が定数より大きければ論理値１として扱うものである．このアルゴリズムにより，ある程度力を入れる<研究Ⅱ>「単純閾値判定を利用した応用デバイスの開発」
今回開発した単純閾値判定ソフトは，取得した筋電位信号を元に左右の腕のスイッ
チング情報を生成することができる．そこ
で，このスイッチング情報を用いてハード
ウェアの制御やソフトウェアの操作を行えないかと考えた．

ことによって，スイッチング動作を行うことができるようになった(図 11)．

①筋電位を利用したモーターカーの制御方法の検討と開発
解析ソフトによって得られたスイッチン
グ情報(例：左腕 OFF，右腕 ON)を元にモーターカーを制御する信号をモーターカー

図 11 自乗平均法適用前と後の波形

制御ソフトで生成する．モーターカーのシステムの全体図を図 15 に示す．モータ制御
信号はコンピュータに接続された無線装置
を介してモーターカーに搭載された無線装置に送信され，その信号に応じてマイクロコンピュータがモータードライバーを介してモータを制御する(図 13)．図 14 は動作の様子を示す．
製作したモータ制御回路の仕様を以下に示

図 14 モーターカーの動作の様子

図 13 製作したモータ制御ボード
す．

マイコン

PIC16F873A

通信方式

RS232 ， 38.4kbps

プログラム

自作アセンブリ言語

モータ最大駆動電力

60W

制御回路方式FET-H ブリッジ回路

電源電圧

PIC9V ， Motor6V

動作パターン

前後進，左右旋回

モーターカーの動作表を以下に示す．
左腕

右腕

動作のパターン

OFF

OFF

停止

OFF

ON

直進

ON

OFF

旋回

ON

ON

停止

図 15 モーターカーシステムの全体図

②筋電位を利用したゲームソフトの制御方③筋電位を利用した簡易義手の制御方法の法の検討と開発

検討と開発

図 18 サーボモータ制御信号生成ソフト

単純閾値判定ソフトで平滑化アルゴリズ
ムとして採用した「自乗平均法」で求めた
図 16 ゲームのプレイ画面

筋電位波形の振幅の値をサーボモータの回転角に対応させることによって簡単な義手

単純閾値判定ソフトによって得られたスを制御することができる(図 19)．生成されイッチング情報(例：左腕 OFF，右腕 ON)

たサーボモータ制御信号は，シリアルケーを元にバーを左右に動かすことによってゲブルを介してサーボコントローラーに送信

ームをプレイすることができる(図 16，図され，サーボモータを制御するパルス信号

17)．

に変換される．

バーの動作表を以下に示す．
サーボモータの動作表を以下に示す．

左腕

右腕

バーの動作

OFF

OFF

静止

右腕

サーボモータの動作

OFF

ON

右移動

力をいれる

振幅に対応して開く

ON

OFF

左移動

力をぬく

閉じる状態に戻る

ON

ON

停止

図 19 簡易義手の制御風景
図 17 ゲームのプレイ風景

<研究Ⅲ>「フーリエ解析を利用した腕動作
識別アルゴリズムの開発

方法：腕に電極１つを取り付け，周波数分布から周波数の最大値を算出，各腕動作を識別する．

これまでの研究により，筋電位波形を PC
で読み取り，力を入れているか否かの２値

結果：以下に開状態と掌握状態の周波数分布を示す．

の情報を用いてデバイスをコントロールすることができた．しかしこのシステムでは，片腕から得られる情報が極端に少なく，より複雑な動きができる義手が製作できないなど，応用デバイスの範囲に限界がある．
そこで，筋電位波形の単なる振幅ではなく，
図 21 開状態の周波数分布

波形の形から腕の複数の動作を認識する必要があった．そのためには，フーリエ解析(FFT)を行う必要があった．ここでは，脱力，掌屈(手首を下に曲げた状態)，掌握(グー)，開(パー)，この４つの動作の認識を試みた．
取得した筋電位波形のフーリエ解析を行

図 22 掌握状態の周波数分布

うために，フーリエ解析結果を書き出す機
能のある「RH1FFT」と呼ばれるソフトウ

横軸周波数(Hz)，縦軸振幅(dB)

ェアを用いた(図 20)．
■考察
上記のグラフより，振幅に差はあるものの，ある特定の周波数が大きな値を示すことはなかった．これは，腕を動作させる際，複数の筋繊維が同時にかつ複雑に使用され，様々な周波数が混入するためであると考えられる．

図 20 フーリエ解析を行うソフトウェア■まとめ
周波数分布の最大値では腕の動作識別は①取得した筋電位波形の最大周波数から腕不可能である．

動作を識別するアルゴリズムの検討と開発②取得した筋電位波形のエネルギー分布
はじめに私は，各腕の動作では周波数分
布の最大値が異なると単純に考えた．

(周波数×振幅)から腕動作を識別するアルゴリズムの検討と開発

次に，筋電位波形のエネルギー分布(Af-fグラフ)から腕の動作を識別するアルゴリ
ズムの開発に取り組んだ．

っていることがわかる．そこで，これらの■結果
複数の動作の中央値が混在し，腕の動作は識別が不可能だった．

方法：腕に電極一つを取り付け，筋電位波形のエネルギー分布から各腕動作を識別■まとめ
電極一つから得られる筋電位波形の中央する．
結果：以下に開状態と掌握状態のエネル

値から各腕動作の識別は不可能である．

ギー分布を示す．
横軸周波数，縦軸エネルギー③ 取得した筋電位波形のエネルギー分布(周波数×振幅)の中央値を二次元にグラフにプロットし腕動作を識別するアルゴリズ
ムの検討と開発
前段階で開発したアルゴリズムは，電極一つから得られる筋電位波形の中央値から

図 23 開状態の周波数分布

各腕の動作の識別を試みたが失敗した．そこで，単純に，使用する電極を２つに増やして実験を行った．
■方法：
腕に電極２つを取り付け，筋電位波形のエネルギー分布から中央値を算出，各腕動

図 24 掌握状態の周波数分布■考察
グラフをみると，正規分布に近い形にな中央値を求め，横軸に各腕動作の中央値をとり，グラフにプロットしてみた．

脱開屈屈開開屈…

図 25 各腕動作の中央値分布

作を識別する．
■結果：
次に各腕の動作のエネルギー分布を示す．

図 26 脱力状態のエネルギー分布

図 27 開状態のエネルギー分布

図 28 掌握状態のエネルギー分布

図 29 掌屈状態のエネルギー分布

図 30 各腕動作の中央値分布
横軸

一つ目の電極の中央値

縦軸

二つ目の電極の中央値

■結果
驚いたことに，各腕の動作ごとにカテゴ
ライズできることが分かった．
この結果を踏まえて，違う人で同じ実験を行えばどのようなグラフが現れるのか，
個人差の研究を行った．以下に実験結果を示す．
図 32 開発中の腕動作自動認識ソフトウェア

図32について：4Hz+16Hz+1.5kHzの入力信号に対して，画面下のグラフで周波数スペクトルを求めている様子．それぞれの周図 31 別の被験者での各腕動作の中央値

各腕動作の位置関係は異なるものの，それぞれの腕動作についてカテゴライズできている．つまり，事前に被験者が腕ごとのデータを登録しておけば，後に照合し，認識することが可能である．
<研究Ⅳ>「腕動作自動識別ソフトェアの開発」
研究Ⅲにおいて，少ない電極数から複数の腕動作を識別可能なアルゴリズムを発見した．そこで，これまでフーリエ解析を市販品に頼っていた部分を全て自作し，リア
ルタイムで腕の複数の動作を識別できるソ
フトウェアの開発を行う．現在，開発途中であるが，FFT をリアルタイムで行うレベ
ルまでできた(図 32)．

波数を検出できていることが分かる．また，取得したスペクトル分布からエネルギー分
布，中央値を算出するプログラムも動作に
成功した．

５．考察
現段階において，増幅した筋電位をスイッチとして，ハードウェア，ソフトウェアの動作信号を生成するシステムを構築することができた．また，少ない電極数から複数の腕動作を識別できるアルゴリズムを発見した． 本研究において明らかになったことは，以下の３点である．
① 同じ筋肉でも，長時間使っていると電位が小さくなる．
② 腕の動作によって，筋電位波形のエネル
ギー分布の中央値が異なる．
③ 同じ箇所で筋電位波形のエネルギー分布を測定しても，個人によって腕動作の分
布グラフの位置関係が異なる．

特に③については，皮膚表面の保水率の違いや，同じ人でも使用する筋繊維が若干異なることからくるものと考えられる．

<研究Ⅳ>「腕動作自動識別ソフトェアの開発」
現段階で，任意の周波数を含んだ波形を
リアルタイムにフーリエ解析することがで

６．まとめと今後の課題

きるソフトウェアを開発することができた．

(1) まとめ<研究Ⅰ>「筋電位計測システムの開発」

これらの研究により，筋電位を計測し，① 電極の開発

電子デバイスのインターフェイスとして使② 筋電位信号を増幅する回路の開発用できるシステムを低コストでかつ安定的③ 不要なノイズを除去するフィルタ回路に使用できる道筋を示せた．

開発④ 筋電位データの閾値判定アルゴリズムの開発(2) 今後の課題
脳から送られてくる信号をダイレクトにハードウェアやソフトウェアに伝えるシス

これらにより，筋電位を安定的に取得し，テムは，直感的な操作であったり，人間の解析するシステムを構築することができた．

物理的限界を超えるといった意味において非常に将来性を感じさせる．本研究により，<研究Ⅱ>「筋電位計測システムの応用」

このシステムを「安価」かつ「シンプル」① 筋電位を用いたモーターカーの制御に実現する道筋を示すことができたと思う．

② 筋電位を用いたゲームの操作①ハードウェアでの今後の応用
これらに成功したことにより，筋電位信

現在，片腕の筋電位信号から４つの腕の号のスイッチング情報をもとにハードウェ

状態を認識できるアルゴリズムの開発に成ア，ソフトウェア両面においてコントロー

功している．そこで，このアルゴリズムをラとして使用できることが分かった．

採用した非常に安価な筋電義手を開発する(図33)．これは，腕を無くした方の代替手<研究Ⅲ>「フーリエ解析を利用した腕動作首として，またはお年寄りの手首のパワー

識別アルゴリズムの開発」

アシストとして機能する．動作例として，「握る」・「つまむ」・「まわす」・「開２つの電極から得られる筋電位波形のエ
ネルギー分布の中央値を求めることにより，く」といった日常生活で必要不可欠な動作を行うことができる．

４つの腕動作を識別することができるアルゴリズムを発見した．

②ソフトウェアでの今後の応用
現在，得られた筋電位信号をコンピュータの動作に反映させることに成功している．
そこで，手の握った状態を把握することでドラッグ＆ドロップなどの操作をより直感③腕動作識別アルゴリズムの改良的に行える，第三のコンピュータインター

筋電位波形は，電極-皮膚間の接触状況やフェイスの開発を行っていきたい(図34)．

時間によって変動することが分かった．今

これは既存のコンピュータインターフェイ

後は電極の改良及び判定アルゴリズムの改スに付け加えて使用する．動作例として，

良を行っていきたい．具体的には，研究Ⅲ

指をチョキにすると切り取り，パーで貼りにおいて発見した腕動作識別アルゴリズム

付け，親指と小指を広げると拡大，手首でが，筋電位波形の時間変動に対して自動的払う動作をするとデスクトップ上のウィンに校正するアルゴリズムの開発を行う．

ドウを払いのけるなど，実際の指の行為となるべく近い操作が可能となる．これをさ７．参考文献らに応用させると，仮想空間内における3D[1]トランジスタ技術 CQ 出版

オブジェクトを直感的に操作することもで[2]OP アンプ実用回路設計 CQ 出版

きるようになる．

[3]表面筋電図 東京電機大学出版

８．謝辞
この研究を進めるに当たり，ハードウェ
ア技術に関して，MIT 研究員の松下光次郎
氏，顧問の末谷健志先生には数々のご指導をいただきました．また，予算面などで，
前川校長先生，吉田信也副校長先生に多大
図 33：設計中の筋電義手

なご協力をいただきました．
お世話になった先生方，大変ありがとうご
ざいました．

図 34：開発中の新しい PC インターフェイス

惑星運動シミュレータの開発
５年Ｃ組

前澤俊哉

指導教諭

末谷健志

１．要約
私は、複数物体の放物運動と衝突のシミュレーションを行う、物理シミュレータの制作に成功した。また、その制作知識を元に、惑星運動シミュレータを開発した。
キーワード

シミュレーション、斜方投射、万有引力

２．研究の背景

＜研究Ⅱ

惑星運動シミュレータ＞

学校で学ぶ物理の力学分野の各公式は、シミュレータを制作し、惑星運動のシミ

簡潔ではあるものの、イメージがし辛いとュレーションを行うことにより、太陽系のいう一面を持っている。そこで、物理現象誕生を確認できる。

のシミュレーションを行うことにより、より物理が理解しやすくなるのではないかと（２）研究方法

考え、研究するに至った。

＜研究Ⅰ

物体衝突シミュレータ＞

物体の衝突シミュレータを C++言語を用
３．研究の目的いて制作する。シミュレータは、壁に囲ま研究Ⅰれた空間の中で物体を斜方投射し、物体と複数物体の衝突をシミュレートし、反発壁、または物体同士の衝突判定を行う。斜係数が１のとき、物体全体での力学的エネ

方投射の公式は以下の通りである。

ルギー保存則が成り立つことを確認する。

v x  v0 x ， v y  v0 y  gt

研究Ⅱ
研究Ⅰで学んだ知識をもとに、惑星運動x  v0 x t ， y  v0 y t 

シミュレータを制作し、太陽系の惑星の誕

1 2
gt
2

(v:速度、g:重力加速度、t:時間)

生をシミュレートする。
４．研究内容物体と壁あるいは物体同士の衝突後、衝（１）仮説

突後の物体の速度を反発係数の公式と運動＜研究Ⅰ

量保存則に基づいて決定する。

物体衝突シミュレータ＞e  (v A  v B ) /(v A  v B )m A v A  m B v B  m A v A  m B v B

シミュレータを制作し、複数の同質量の物体が反発係数１で衝突し続けるとき、物体全体の力学的エネルギーの和が一定とな(e:反発係数、v:速度、m:質量、´:衝突

ることを確認できる。

後)

また、物体全体の力学的エネルギーの和引力により軌道がずれ、他の物体と衝突すを以下の式により算出し、グラフ化する。

る。衝突後、物体は衝突してきたもう一方w  k 1 12 mk v k2  mk ghkn(m:質量、v:速度、h:高さ)の物体を吸収し、質量を増す。その物体はまた別の物体と衝突し、さらに質量を増していく。この過程を幾重にも得ることにより、莫大な質量を持つ惑星が誕生するはず

なお、物体の XY 平面上の初期位置と初である。

速度は乱数を用いて決定した。
（３）研究の結果＜研究Ⅱ

惑星運動シミュレータ＞＜研究Ⅰ

物体衝突シミュレータ＞

研究Ⅰと同様、C++言語を用いてシミュ

物体衝突シミュレータの制作に成功した

レータを制作する。シミュレータは、ある（図１）。このシミュレータでは、Δt、重一定の範囲内に大量の物体をランダムに配力加速度、物体の半径と個数、反発係数の置し、物体に初速度を与えたのち万有引力

値を自由に変えることができる。

の法則に基づいて各物体を運動させる。万これを用いて反発係数が１のときのシミ有引力の法則の公式は、以下の通りであュレーションを行い、横軸に時間、縦軸にる。

力学的エネルギーをとったグラフを表示し

F G

Mm
r2

た（図２）。このグラフから、全物体の力学的エネルギーの和が一定となることを確認(F:万有引力、G:万有引力定数、M,m:質量、できた。また、反発係数が１未満のとき力r:物体間の距離)

学的エネルギーの和が徐々に減少し（図３）、反発係数が１より大きいとき力学的エネル

物体の初速度は、上記の万有引力の式と向心力の式を連立させて求められる。以下

ギーの和が徐々に増加することもわかった（図４）。

に向心力の式と物体の初速度を求める式を示す。物体と太陽の距離が小さいほど物体の初速度は大きくなる。

F m
v0 x   G S / r＜研究Ⅱ

惑星運動シミュレータ＞

実際にシミュレータを制作した（図５）。
2

v
r

y
x
， v0 y  GS / rrr

このシミュレータでは、物体の衝突回数を視覚的に把握するため、物体の半径を衝突分だけ変更させ、物体を表示している。
このシミュレータを用いて、約二週間を(F:向心力、m:質量、v:速度、r:太陽との距

かけてシミュレーションを行った。シミュ

離、Gs:日心重力定数)

レーションの条件は図６のとおりである。
シミュレーションの結果を図７、図８、図各物体は、太陽との万有引力により太陽の周りを円運動するが、物体間に働く万有

９に示す。

５．考察
＜研究Ⅰ

そのためには、物体の数を増やすことが重物体衝突シミュレータ＞

要である。

シミュレーションを通じて、反発係数と力学的エネルギーの和の関係を確認できた。
ここでは、この関係について数式の面から考察したい。
反発係数の式と運動量保存則の式を連立すると、６．まとめと今後の課題
今回の研究において、複数物体の放物運動と衝突のシミュレーションを行う、物理
シミュレータの制作に成功し、力学的エネ
ルギー保存則が成り立つことを確認できた。
しかし、惑星運動シミュレータによる太陽v A  v A m A  v B mB  emB (v B  v A )/(m A  m B )v B  v A m A  v B m B  em A (v A  v B ) /(m A  m B )系の形成は確認できなかった。
今回の惑星運動シミュレータの研究では、物体の個数を２万個にしてシミュレーショ

となる。この式から、 m A  m B かつ e  1ンを行ったが、物体の個数を多くすることであるとき、 v A  v B かつ v B  v A となるにより、形成される太陽系がより現実のもことがわかる。よって、全体で見た物体ののに近づくと予想される。この場合、計算

運動エネルギーは変化せず、力学的エネル

量が莫大になってくるため、計算量を削減

ギーの和が一定に保たれるのである。

し処理速度を向上することが課題となる。

e  1 、 e  1 のときも同じように考えることができる。

７．参考文献・サイト[1]物理のエッセンス、（河合出版）＜研究Ⅱ

惑星運動シミュレータ＞

図 10 は、太陽からの距離 r を横軸に、そ[2]ゲーム開発のための物理シミュレーショ
ン入門、（オーム社）の太陽からの距離 r から r+10 の間に存在するすべての物体の平均半径を縦軸にとった

８．謝辞

グラフである。なお、グラフの横軸の単位

今回の研究を指導してくださった末谷先は 10 m であり、150[Pixel]付近が地球、

生とサイエンス研究会物理班メンバーに深780[pixel]付近が現在の太陽系の木星の位

くお礼申し上げます。

9置にあたる。ここでは、最下部のグラフからシミュレーションで 50000 ターンごとのグラフを表示している。このグラフから、各物体は衝突を繰り返して成長しているものの、ピークは分散的であり、惑星系は誕
生していないと言える。
惑星系を誕生させるためには、このグラフのピークを収束させ、さらに大きな質量を持った物体を点在させることが必要だ。

９．資料

図 1 物体衝突シミュレータ
図１

図2 e=1

物体衝突シミュレータ

図 3 e = 1.01

図 4 e = 0.99

図５

シミュレータ＜時間＞
1 ターンあたりの時間

24

[h]

＜宇宙＞
サイズ 1680×1680[pixel]

10 9 m/pixel

＜物体＞
物体の質量

3.51 × 10

10（イトカワと同じ質量）

図 6 条件

図 7 0 ターン目（粒子数 20000）

図 8 950000 ターン目（粒子数 5000）

図 9 1900000 ターン目（粒子数 2000）

図 10 太陽からの距離と物体の平均半径

暗号の種類とその構造
2年B組

森

宇宏

2年C組

佐藤

圭

2年C組

清水

悠平

指導教諭

川口

慎二

１．要約
サイエンス研究会数学班は、暗号理論と数学の関係について、参考文献[1]を輪読しながら、研究活動を行っている。本稿では、「シーザー暗号・スキュタレー暗号・単一換字暗号・DES・
AES・公開鍵暗号」の６種類の暗号について、その暗号の歴史や(数学的)構造、暗号化と復号化の手順、またそれぞれの有する特徴を紹介する。
キーワード

暗号化、復号化、鍵、平文、解読、シーザー暗号、スキュタレー暗号、
単一換字暗号、DES、AES、公開鍵暗号

２．研究の背景と目的

３．研究内容現在は、生活のいたるところにコンピ

日本語で用いられる文字（ひらがなやュータが用いられ、実に様々な情報がやり

カタカナなど）でも、アルファベットと同取りされている。氏名や住所といった個人

じように暗号のために用いることができ情報を保護するため、また、インターネッ

るが、分かりやすくするために、本稿では

トを介した金銭や物品の受け渡しにおけ

アルファベットのみを使って説明する。なる安全性の確保のため、データを暗号化し、お、小文字（a, b, c, …）で平文のアルフ

必要以上にさらさないことが求められて

ァベットを表記し、大文字（A, B, C, …）いる。このような情報の管理は古代でも同で暗号文のアルファベットを表記するこ様であり、戦争や外交などの機密情報を交とにする。

換するために、様々な暗号が考案され、そまず、暗号理論の基本事項についてまのたびに解読されるという歴史を辿ってとめておこう。一般に、情報をやり取りすきた。現在でも、より安全性の高い暗号をる際に、送り手を送信者(sender)、受け取開発するために、日々研究と改良が重ねらり手を受信者(receiver)という。送信者かれている。

ら送られた情報を受信者が受け取るまで

そのような暗号の基礎理論には、整数のに、悪意ある第三者がその情報を知ること

剰余や楕円曲線といった数学的概念が利がある。このような悪意ある第三者を盗聴用されている。本稿では、種々の暗号の構者(eavesdropper)と呼ぶことにする。

造や解読方法を紹介しながら、そこに隠れた数学的な概念を紹介する。

送信者は、情報が盗聴者に漏れないように、伝えたい情報を受信者のみが理解できるように形を変えて送ることにします。こ■シーザー暗号の暗号化のとき、元々の情報を平文(plaintext)、形

ここで、秘密にしたい情報を angou（暗を変えた文章を暗号文(ciphertext)といい、号）だと仮定する。この単語を秘密にした

このような処理のことを暗号化(encrypt)

まま受信者に届けるとする。このとき平文という。受信者は、送られてきた暗号文を、

は
angou

送信者とあらかじめ決めておいた規則によって再変換することで、最初の情報を手に入れることが可能になる。このあらかじ
め決めておいた規則を鍵(key)といい、その５文字である。
下のように平文を３文字ずつずらし、暗
号化する。
a→D

の処理を復号化(decrypt)という。
数学や情報科学では、問題を解決する手

n→Q

順のことをアルゴリズム(algorithm)とい

g→Jう。暗号理論でも、「暗号化のアルゴリズo→Rム」や「復号化のアルゴリズム」というu→X

言い方で、暗号化や復号化の手順を指すこ

これで、「angou」という平文がとがある。さらに、暗号化・複合化のアル「DQJRX」という暗号文に変換できたこ

ゴリズムをまとめて暗号アルゴリズムととになる。「angou」という単語なら意味いう。

はわかるが、「DQJRX」では意味がわからない。

３－１．シーザー暗号

シーザー暗号では「アルファベットの文

シーザー暗号(Caesar cipher)とは、平字をずらす」という操作が「暗号化のアル文で使っているアルファベットを一定のゴリズム」に相当し、ずらす文字数が「鍵」

文字数だけずらすことにより暗号化を行に相当する。この例では、鍵は 3 である。

う。暗号の中でも、アルゴリズムが単純であり、誰にでも暗号化が容易にできる。

■シーザー暗号の復号化

いま、アルファベットを３文字ずらすこ

さて、受信者が、DQJRX という暗号文とによって暗号化を行うとする。この場合、を受け取ったとする。暗号文のままでは意

平文の a は３文字の先の D に暗号化され、味は分からないので、復号化して平文に戻ｂは E に、c は F に、以下同様に続けてす作業を必要とする。シーザー暗号の復号

いき、v は Y に、w は Z にそれぞれ暗号

化は暗号化のときと同じ鍵を使い、逆方向化される。さらに、x はアルファベットをにずらす操作を行う。上の例なら、３文字

一周して A に暗号化される。同様に、yだけ逆方向にずらせばいいのである。つまは B に、z は C にそれぞれ暗号化される。

り、

図１を見ると、アルファベットを「ずらす」

D→a

様子がわかるだろう。

Q→n
J→g

R→o

できた。このとき、3 という鍵は送信者とX→u

受信者との間で前もって決めておき、共有というように復号化する。

しておく必要がある。

これで元の平文「angou」に戻すことが

図１ シーザー暗号の仕組み■シーザー暗号の解読

DQJRX→鍵 16 で復号化→natbh

送信者と受信者以外の人間が、送信者の

DQJRX→鍵 17 で復号化→mzsag

送った暗号文を知り、その平文を解読した

DQJRX→鍵 18 で復号化→lyrzf

いとする。

DQJRX→鍵 19 で復号化→kxqye

DQJRX→鍵 0 で復号化→dqjrx

DQJRX→鍵 20 で復号化→jwpxd

DQJRX→鍵 1 で復号化→cpiqw

DQJRX→鍵 21 で復号化→ivowc

DQJRX→鍵 2 で復号化→bohpv

DQJRX→鍵 22 で復号化→hunvb

DQJRX→鍵 3 で復号化→angou

DQJRX→鍵 23 で復号化→gtmua

DQJRX→鍵 4 で復号化→zmfnt

DQJRX→鍵 24 で復号化→fsltz

DQJRX→鍵 5 で復号化→ylems

DQJRX→鍵 25 で復号化→erksy

DQJRX→鍵 6 で復号化→xkdlrとなり、このうち意味の通じるものを探す

DQJRX→鍵 7 で復号化→wjckqと、「鍵＝3」のとき angou を見つけるこ

DQJRX→鍵 8 で復号化→vibjpとができる。これで解読ができたといえる。

DQJRX→鍵 9 で復号化→uhaio

このように、考えられるすべての鍵のパタ

DQJRX→鍵 10 で復号化→tgzhn

ーンを試みて、その中から鍵と平文を見つ

DQJRX→鍵 11 で復号化→sfygm

ける解読方法をブルート・フォース・アDQJRX→鍵 12 で復号化→rexfl

タック(brute-force attack)または全数探

DQJRX→鍵 13 で復号化→qdwek

索(exhaustive search)という。

DQJRX→鍵 14 で復号化→pcvdj

このように、暗号としての構造が単純な

DQJRX→鍵 15 で復号化→obuci

シーザー暗号は、送信者と受信者以外でも

解読が可能になってしまう欠点がある。

substitution cipher)という。単一換字暗号の対応表の例を図２に示す。

３－２．スキュタレー暗号
スキュタレー暗号(Scythia Cipher)は、■単一換字暗号の暗号化

古代ギリシアの都市国家スパルタで用い単一換字暗号の暗号化は平文を１文字られていた暗号で、「スキュタレー」とはずつ換字表にしたがって変換していく作「棒」という意味である。最も古くから存業の繰り返しである。

在する暗号として知られている。

例えば angou という単語を暗号化してみましょう。図２より■スキュタレー暗号の暗号化

a→D①長い帯状のもの（紙など）を長い棒（鍵n→Aになる棒）に巻きつける。
②巻きつけた鍵となる棒に、縦一列に伝えたい文（平文）を書く。
③平文とは関係のない文字を、同じように

g→C
o→O
u→X
となり、暗号文は DACOX になる。

縦一列に紙が埋めつくされるまで書く。
■単一換字暗号の復号化■スキュタレー暗号の解読方法

単一換字暗号の復号化は、暗号化のと

暗号文の書かれた帯状の文を、暗号化きに使った換字表を使い、暗号化の逆を行で使った棒と太さが同じ棒に巻き、できた

う作業である。単一換字暗号の復号化のと文の中から、意味の通じる部分を見つける。

きには暗号化のときに使った換字表が必

暗号文を送る人と受ける人はお互いに要なので、送信者と受信者は同じ換字表を

同じ太さの棒を持っていなければいけな

お互いに持っておく必要がある。この換字い(この場合、この同じ太さの棒が鍵とな

表が単一換字暗号の「鍵」なのである。

る)。
■単一換字暗号の鍵空間

３－３．単一換字暗号「angou」をシーザー暗号（鍵＝3）で平 文のアルフ ァベットを 鍵の数だ け

暗号化すると、「DQJRX」になる。一方、「ずらす」ことによって暗号化したものが単一換字暗号（鍵は図２の換字表とする）

シーザー暗号だった。しかし、このようにで暗号化すると「DACOX」になる。 こ

規則的に変換しなくとも、アルファベット

れらはどちらも意味が分からないが、この26 文字それぞれに１対１の対応関係があ

暗号文を見ただけで、シーザー暗号と単一れば、どんな対応関係でも暗号文が作れそ

換字暗号のどちらで解読すればよいかはうである。このように、平文を構成するア分からない。シーザー暗号はブルート・フ

ルファベットを別のアルファベットに変ォース・アタックで解読できたが、単一換換する暗号のことを単一換字暗号(simple

字暗号はブルート・フォース・アタックで解読することは難しい。なぜなら、単一換の鍵を調べ終えるのに 120 億年以上の時

字暗号の方がシーザー暗号よりもはるか

間がかかってしまうからである。平均するに多くの鍵の候補があるからである。それと、正しい鍵が見つかるまでの時間は約を確かめるため、鍵の総数を計算する。

60 億年なので、単一換字暗号の解読に対単一換字暗号の平文で使われるアルフ

するブルート・フォース・アタックは良いァベット a にたいしては、A, B, C, … ,Z

方法ではない。このように、ある暗号に対の 26 文字（26 通り）のいずれかが対応すして、使うことのできる「すべての鍵」のる。b 対しては a を暗号化したものを除外集合のことを鍵空間(keyspace)という。

した 25 文字（25 通り）が、以下同様に考えると c には 24 文字（24 通り）のいずれかが対応する。よって単一換字暗号の鍵の■頻度分析による単一換字暗号の解読

ブルート・フォース・アタックで単一

総数は、26!

換字暗号を解読することは困難であるこ=403,291,461,126,605,635,584,000,000とが分かった。そこで発明されたのが頻度個であることがわかる。これだけ多いとブ分析と呼ばれる暗号解読法である。頻度分

ルート・フォース・アタックで調べるのは析とは、暗号文中の文字の頻度と他の一般困難である。たとえば１秒間に 10 億個の的な文章の文字の頻度と調べて（英語の文

鍵というスピードで調べたとしても、全て章などの場合、頻度の高い単語としては

図２

単一換字表

the や in などで、アルファベットでは A

1 が並んだビット列(bit sequence)でいろや T など）その２つを比較し、暗号文をいろな情報を表現する。例えば、文字もm→01101101

解読する方法である。この頻度分析を使え
ば単一換字暗号も解読することができる。

t→01110100のように８個の 0 と 1 の列としてあらわされる。このように、文字をビット列に対

３－４．DES

応させることを符号化(encoding)という。

DES (Date Encryption Standard)とは1997 年にアメリカ合衆国の連邦情報処理上のルールによる文字とビット列の対応は ASCⅡと呼ばれている。

標準規格（FIPS）に採用された対称暗号

ビ ッ ト 列 の 処 理 に お い て 、 XORである。世界中の政府や銀行で用いられて(exclusive or)、日本語でいう「排他的論

きたが、コンピュータの進歩のため、現在

理和」という計算規則がある。1 ビットのではブルート・フォース・アタックにより情報に対して XOR を施すと、解読できるようになってしまった。RSA

0 XOR 0 = 0

1 XOR 0 = 1

社が行っている DES の鍵を見つけるコン

0 XOR 1 = 1

1 XOR 1 = 0

テスト（DES challenge）の結果を見てみとなる。0 を偶数、1 を奇数と見たとき、よう。

通常の和「+」のパリティ(偶奇)に一致す

・1997 年 DES challenge Ⅰ

96 日

るので、
「XOR」の部分を「  」という記

・1998 年 DES challenge Ⅱ－1

41 日

号で書く場合もある。さらに、２つの情報

・1998 年 DES challenge Ⅱ－2 56 時間
・1999 年 DES challenge Ⅲ

A : 01001100

B : 10101010

に対して XOR を施すと、A XOR B は、

22 時間 15 分

A : 01001100

でそれぞれ解読されている。DES による

B : 10101010

暗号文は短時間で解読できるようになっA  B : 11100110

たため、過去の暗号文を復号化する以外となる。XOR には位上がりはないため、

DES を用いるべきではない。

この規則を施せば、(A XOR B) XOR B = A
であることが容易に確かめられるであろ■DES の暗号化プログラムう。

DES は 64 ビットの平文を 64 ビットのさて、DES の暗号化アルゴリズムにつ

暗号文に暗号化する対称暗号アルゴリズ

いて説明しよう。DES は、64 ビットの平ム(symmetric cryptgraphy algorithm)で文をまとめて 64 ビットの暗号文へと暗号ある。

化する。この 64 ビットごとのまとまりを

ここで、対称暗号アルゴリズムを説明

ブロック(block)と呼ぶ。7 ビットおきに、するために、準備を行う。いままで、文字

1 ビットずつエラー検出用の情報が入る

列の暗号について説明してきたが、現代はため、鍵のビット長は実質 56 ビットといコンピュータによって情報がやり取りさえる。一般に、ブロック単位で処理を行うれることが多い。コンピュータでは、0 と暗号アルゴリズムをブロック暗号(blockcipher)と呼ぶため、DES はブロック暗号

れていない。そこで次のラウンドのときは、の一種になる。

出力の右と左を入れ替え、さらに異なるサ

DES で１度に暗号化できるのは、64 ビ

ブ鍵を用いて処理を行う。

ットだけであるが、それより長いビット長

複数のラウンドを持つファイステルネの平文を暗号化するためには DES によるットワークを行う際も基本は同様である

暗号化を繰り返す必要がある。この繰り返が、ラウンドとラウンドの間では左右を入しの方法をモード(mode)という。

れ替えて、最終ラウンドの後では、左右の入れ替えを行わない点が異なる。

■DES の構造

ところで、ファイステルネットワークでDES の基本構造は、Horst Feistel が作

復号化を行うにはどうしたらよいだろう

った、ファイステルネットワーク(Feistelか。例えば、ファイステルネットワークのnetwork)などと呼ばれるものが使われて

1 ラウンド分の出力を、同じサブ鍵のファいる。この構造は DES だけでなく多くのイステルネットワークにもう 1 度入れる

ブロック暗号にも採用されている。ファイと、ラウンド関数 ƒ がどんな関数であってステルネットワークは、ラウンド(round)

も、正確にもとにもどるのである。これはと呼ばれる暗号化の１ステップを何度もXOR の性質（同じ数同士の XOR は 0 に繰り返すことで暗号化を行う。DES の場

なること）から説明できる。

合はラウンドを 16 回繰り返す。
図３にしたがってファイステルネット

つまり、ファイステルネットワークの復号化は、サブ鍵を使う順番をラウンドごと

ワークの 1 ラウンドを説明する。

に逆にするだけでできるのである。ファイ①文字を ASCII に変換する。

ステルネットワークの構造そのものは、暗②ASCII を左右均等に分ける。

号化と復号化で全く違いがない。

③右をそのまま暗号文に挿入する。
④右をラウンド関数 f に送る。

■ファイステルネットワークの性質⑤ラウンド関数 f は、右とサブ鍵(1)ファイステルネットワークは、好きな(subkey)を使って、ランダムに見えるビだけラウンド数を増やすことができる。

ット列を計算(XOR)する。

ラウンド数をいくら増やしても、復号⑥得られたビット列と左との XOR を計算した結果を暗号化された左とする。
しかしこれでは「右」はまだ暗号化さ化できなくなる心配はない。
(2)ラウンド関数 f にどんな関数を使っても良い。ラウンド関数 f は、復号化のことを考慮することなく、どんなに複雑にしてもよい。
ファイステルネットワークは、暗号化のアルゴリズムの中から「暗号の本質的な部分」をラウンド関数 f として抽出したことになる。ファイステルネットワークを使

図３

ファイステルネットワーク(１ラウンド分)の仕組み

えば、必ず復号化できることが保証される。

う構造が使われている。

暗号アルゴリズムを作ろうという場合は、①Rijndael の入力ブロックは 128 ビッ

複雑なラウンド関数 f を考えるよう努力

ト、すなわち 16 バイトである。16 バイ

すればよいのである。

トの入力に対してそれぞれ１バイトごとに Sub Bytes という処理が行われる。

３－５．AES（Rosalinde）

Sub Bites というのは、１バイトの値

AES (Advanced Encryption Standard)（0~255 のいずれかの値）を添え字ととはこれまで標準であった DES に代わっし、256 個の値を持っている換字表からて新しい標準となる対称暗号アルゴリズ

１個の値を得るという処理である。

ムである。世界中の企業や暗号学者が② Sub Bites の 次 に 行 わ れ る の が 、AES の候補として多数の暗号アルゴリズ

Shift Rows という処理である。これは、

ムを提案しましたが、2000 年に Rijndael

Sub Bites の出力をバイトごとに混ぜという対象アルゴリズムが AES として選こぜにしる処理である。図５の線をたど定された。

って行けば、規則的に混ぜているのがわかる。

■Rijndael (ラインダール)とは③Shift Rows の次に行われるのが、Mix

Rijndael は ベ ル ギ ー の 研 究 者 Joan

Columns という処理である。これは、4Daemen と Vincent Rijmen が設計したブバイトの値をビット演算により別の 4

ロック暗号アルゴリズムで 2000 年に次世バイトの値に変換する処理である。

代の標準暗号アルゴリズム AES として選⑤最後に Mix Columns の出力とラウンド定された。
Rijndael のブロック長は 128 ビットで、鍵のビット長は 128 ビットから 256 ビッ

鍵との XOR をとる AddRoundKey という処理を行う。
これで Rijindael の１ラウンドが終わる。

トまで 32 ビット単位で選択することがで実際は以上のラウンドを 10～14 回繰り返きる（ただし、AES の規格上では、鍵長すことになる。

は 128, 192, 256 ビットの 3 種類だけである）。

以上の構造をみると、１回のラウンドで入力のすべてのビットを暗号化している。
１回のラウンドで入力の半分のビットし■Rijndael の暗号化と復号化

か暗号化しないファイステルネットワー

Rijndael は DES と同じく、複数のラウクに比べて、ラウンド数を少なくできるメ

ンドから構成されている。図５に 1 ラウ

リットがある。また、SubBites はバイトンド分の概略を示しました。

ご と に 、 ShiftRows は 行 ご と に 、DES ではファイステルネットワークとMixColumns は列ごとに並列処理ができいう基本構造が使われていましたが、るというメリットもある。図６に Rijndeal

Rijndael ではファイステルネットワークの１ラウンド分の復号化を示す。この図かではなく SPN 構造(SPN structure)とい

ら、

図５

Rijndael の暗号化(１ラウンド)

図６

Rijndael の復号化(１ラウンド)

化の鍵を持っていなければ受信者は平文
SubBytes

を理解することはできない。この問題を解

ShiftRows

決するために鍵を暗号文と一緒に送ると、MixColumns

このメールを他人が見ていた場合、簡単にのそれぞれに対して、暗号化されてしまう。つまり、「鍵を送らInvSubBytes

なければならないが、送ってはいけない」

InvShiftRowsという状況が生じるわけである。

InvMixColumns

このような鍵配送問題解決策はいくつという逆の処理(逆演算)が用意されていかあり、その中の一つに公開鍵暗号がある。

ることがわかるだろう。これは、Rijndael

公開鍵暗号とは「暗号化の鍵」と「復号は、ファイステルネットワークのように、化の鍵」の２つの鍵を用いた暗号アルゴリ

１つの構造で暗号化と復号化を行うことズムである。送信者は「暗号化の鍵」を使ができないことに起因する。

ってメッセージを暗号化し、受信者は「復号化の鍵」を使って暗号文を復号化しであ■Rijndeal の解読る。公開鍵暗号を使う場合はこの２つの鍵

Rijndeal に対しては今までにない新しをきちんと理解しておく必要がある。ここ

い種類の攻撃が懸念されている。Rijndeal

で「暗号化の鍵」と「復号化の鍵」を区別のアルゴリズムでは、平文から暗号文を作するとつぎのようなことがわかる。

り出す計算を数式で表現することが可能なのである。これは過去の暗号アルゴリズ
ムにはなかった特徴である。もしもRijndeal の数式を数学的な操作によって解くことができるなら、Rijndeal を数学的に解読できることになる。これは、過去になかった攻撃の可能性を示唆している。
ただし、これはあくまで可能性の話であ(1)送信者が必要なのは「暗号化の鍵」
だけである。
(2)受信者が必要なのは「復号化の鍵」
だけである。
(3)盗聴者に知られて困るのは「復号化の鍵」だけである。
(4)「暗号化の鍵」は盗聴者に知られてもかまわない。

り、Rijndeal に対する有効な攻撃は、現したがって、受信者が「復号化の鍵」を手

在のところ見つかっていない。

元においておき「暗号化の鍵」だけを送信者におくると「復号化の鍵」を配送する必３－６．公開鍵暗号■鍵配送問題要が無くなり、鍵配送問題を解決できる。
公開鍵暗号における「暗号化の鍵」は一対称暗号を使おうとするとすぐに鍵配般に公開することができる。このような鍵送問題(key distribution problem)にぶつのことを「公開鍵(public key)」と呼ぶ。

かる。鍵配送問題とは、たとえばメールを

公開鍵は受信者にメールで渡そうが、web送る際に他人に平文を知られないようにで公開しようが構わない。盗聴者に公開鍵暗号化した文章を送っても、受信者が復号が盗聴されることを気にすることもない。

一方、「復号化の鍵」は絶対に公開してれている RSA (Rivest-Shamir-Adleman)

はいけない。このような鍵を「プライベーを発表しました。RSA は、現在の公開鍵

ト鍵(private key)」と呼ぶ。プライベート

暗号において事実上の標準といえる。

鍵は、他人に見せたり、渡したりしてはいけない。プライベート鍵は自分の通信相手にさえも知らせてはいけない。
公開鍵とプライベート鍵は２本で一対になっているため、これらの鍵のことを「鍵ペア(key pair)」と呼ぶ。公開鍵で暗号化した暗号文は、その公開鍵とペアになっているプライベート鍵でなければ復号化できない。鍵ペアをなしている２本の鍵は、互いに密接な数学的関係がある。このため、公開鍵とプライベート鍵をそれぞれ個別に作ることはできない。
公開鍵暗号の利用者は、他人に公開しても良い公開鍵と、自分だけが使うプライベ
ート鍵からなる鍵ペアを作成する。

■公開鍵を使った通信の流れ
それでは、公開鍵を使った通信の流れを見ていこう。公開鍵の通信では受信者が先に動き出す。
①受信者は公開鍵・プライベート鍵の鍵ペアを作る。
②受信者は、自分の公開鍵を送信者に送る。
③送信者は、受信者の公開鍵を使ってメッセージを暗号化する。
④送信者は、暗号文を受信者に送る。
⑤受信者は、自分のプライベート鍵を使って、暗号文を復号化する。
図７を見ると送信者と受信者の間で何が行われているかを確かめてもらいたい。

■公開鍵暗号の歴史流れているのは公開鍵と暗号文だけなの1976 年、Whitfield Diffie と Martin

で、盗聴者は暗号文を解読することはでき

Hellman により公開鍵暗号のアイディアない。盗聴者は公開鍵を持っているかもしが発表された。公開鍵暗号の具体的なアルれないが、公開鍵は「復号化の鍵」ではな

ゴリズムは提示されなかったが、暗号化のく「暗号化の鍵」なので復号化することは鍵と復号化の鍵を分けることと、公開鍵暗できない。

号がどのような特性を備えているべきかが示された。

■公開鍵暗号でも解決できない問題

1977 年、公開鍵暗号の具体的なアルゴ

公開鍵暗号によって鍵配送問題は解決

リズムとして、Ralph Merkle と Martin

できた。しかし、これですべての問題が解

Hellman によるナップサック暗号が作ら決されたわけではない。入手した公開鍵が、れました。この暗号アルゴリズムは特許が本当に正しい公開鍵であるかどうかを判とられましたが、後になって安全ではない

断する必要があるからである。これは公開ことがわかりました。

鍵の認証(authentication)の問題である。

1978 年、３人の研究者 Ron Rivest, Adi

また、公開鍵暗号は対称暗号に比べて処理

Shamir, Leonard Adleman は公開鍵暗号

速度が何百倍も遅いという問題もある。

アルゴリズムの１つとして現在よく知ら図７

公開鍵暗号における暗号化と復号化の流れ

５．今後の課題

４．考察
シーザー暗号は、アルファベットを

本年度は、参考文献[1]を輪読し、６種「ずらす」数が、スキュタレー暗号では、類の暗号について、その暗号アルゴリズム

棒の太さが鍵である。スキュタレー暗号と特徴を調べてきた。しかし、これらの暗では、もとの巻紙で一定の間隔で平文の号の背景にある数学についてはまだ十分文字が並ぶことになる。例えば、７文字に考察できていない。今後はそのような数の間隔で平文を構成する文字が並んで学についてもさらにまとめていきたい。

いる場合、巻紙の端から文字に番号を付けていくと、7 で割った余りが等しい番

６．参考文献号の文字を読んでいけばよいことにな[1]「暗号技術入門―秘密の国のアリス」

る。一般に、２つの整数 m, n を整数 a で

結城浩、SoftBank Criative (2003)

割った余りが等しいとき、m と n は a を[2]「暗号の科学」、熊谷直樹、すばる

法として合同(equivalent modulo a )で舎、(2007)あるといい、m  n (mod a )７．謝辞と表す。つまり、スキュタレー暗号には、顧問の川口先生には、研究活動におい「整数の合同」という数学的概念が利用て様々なアドバイスをいただきました。

されている。

ありがとうございました。

猿沢池のプランクトン
２年Ｃ組

野依

莞奈

２年 A 組

坂田

実咲

２年Ａ組

浪江

智子

指導教諭

矢野

幸洋

１．要約
奈良八景に選ばれている猿沢池の水質、および生態（プランクトン）について調査した。その結果、気象条件により発生するプランクトンに違いがあることがわかった。
キーワード

猿沢池、プランクトン、藻類、藍藻類

２．研究の背景と目的

・ミクロキスティス

学校の近くにある猿沢池には、『澄まず
濁らず

出ず入らず

蛙はわかず

藻は

生えず

魚が七分に水三分』という七不思議があるといわれている。その七不思議を解明するために、生態（主にプランクト

ベーゼンゼルギー・アウラコセイラ

アンビグア（変種）・アウラコセイラ

グラヌラータ・アファノカプサ・アファニゾメノン①－２

フロスアクアエサンプルナンバー１ン）および水質などを調べ、その実態を明

観察日：10 月 24 日(金)らかにすることにした。

pH：7.8

日なたで常温保存したもの

猿沢池から採集条件を変えて採水し、プ・ミクロキスティス

ベーゼンベルギー

ランクトンや pH にどのような変化が現れ・ミクロキスティス

ノバセッキ

るかを調べる。

・ミクロキスティス

ビリディス

・マユケイソウ

３．研究内容（ディプロネイス属）

・アウラコセイラ(1)採集方法

②－１

アンビグア

サンプルナンバー２

きれいに水洗いしたペットボトルで池の採集日：11 月 21 日(金)水を汲み取る。１回の採集で約１リットル

観察日：11 月 21 日(金)の水をサンプルとして持ち帰った。

（1 本をアルコールに入れて保存、もう(2)研究結果①－１

１本はそのまま）

サンプルナンバー１

天気：曇時々雨

気温：11℃

採集日：10 月 22 日(水)水温：10℃

pH：6.5

観察日：10 月 22 日(水)・ケイソウ類のなかま

天気：雨

気温：19℃

水温：15℃

pH：5.5・ミクロキスティス②－２

サンプルナンバー２

観察日：11 月 26 日(水)日なたで常温保存・コスマリウム

左上：コスマリウム

・ケイソウ類のなかま

左下：ミクロキスティス ベーゼンベルギー②－３

サンプルナンバー２

観察日：12 月１日(月）４．考察

ベーゼンベルギー①の pH の値より、池の水はわずかであ・アウラコセイラ

アンビグア（変種）

るが酸性である。考えられることとしては、・ミクロキスティス

エルギノーザ

酸性雨の影響や植物プランクトンの呼吸な・ミクロキスティス

どがあげられる。動物プランクトンがほと・ハリケイソウ
サンプルナンバー３

んど見つけられず、このことは食物連鎖が採集日：11 月 28 日(金)成り立っていない可能性もあり、生態系に

天気：曇

気温：14℃

何らかの支障をきたしていると考えられる。

水温：12℃

pH：７

ミクロキスティス属、アウラコセイラが※上層部と底の部分とで、どのような変化

間隔をあけて観察すると増えていた。細胞が現れるのかを調べるためにペットボト

数の多さから生命力が強いと推測できる。

③

ルに重りをつけて沈め、引き上げて水を採水。水深は 55 ㎝。
④

まとめ・全ての実験で発見されたプランクトンの中に、動物プランクトンは含まれていなかった。
・採集したあと日数を経たものは、プランクトンより断片のようなゴミが多かった。

＜観察できた植物プランクトン＞

５．今後の課題
観察期間が短かったので、充分なデータがそろっていなかった。よって、現段階では明確な結論には至れなかった。
今後は長期的に観察を行い、更なるデー
タ収集をしていきたいと思う。また、水質においても pH のみに限らず、その他の数値も集めて因果関係を追及していきたい。

６．参考文献[1]「やさしい日本の淡水プランクトン図
解ハンドブック」、一瀬論、若林徹哉監修、滋賀県立衛生環境センター．

７．謝辞
今回の観察にあたり、指導してくださった矢野先生には深く感謝致します。

アゲハチョウのサナギの解剖に関する実験報告
３年 B 組

飯島麻穂

３年 C 組

井上

なずな

指導教諭

櫻井

昭

１． 要約
私たちは、チョウの翅の色や模様は、チョウが変態するときの「サナギ」時に決まると仮定し、アゲハチョウのサナギの解剖を行った。その結果、サナギの中にペースト状のものがあり、色によってチョウとなったときの体の部分が大まかに分かれていた。そこで、色ごとに組織を掻き出してサンプリングした。また、リンプンの色を決める遺伝子の発現がサナギ時に盛んに行われているのか、その発現は部分によって異なるのか、調べるための準備として、とりあえずチョウのゲノム DNA 抽出にむけての準備をした。
キーワード

アゲハチョウ、サナギ、組織、ゲノム DNA、遺伝子の発現、
マイクロ・ピペット、マイクロ・チップ

２．研究の背景と目的①チョウの育成

これまでの研究から、チョウの翅の色と、アゲハチョウの幼虫を野外で捕獲し（岩模様がリンプンで決まることが分かった。

本先生に提供していただいた）、アゲハチョ

リンプンは本来細胞であり、そのリンプン

ウの幼虫を比較的温度が安定したガラスケとなる細胞は、どのようにサナギの中で存ースの中で育てた。十分に水分を含んだオ在しているのか、実際に観察するために、アシスに、柑橘系の葉（金柑の葉）を餌とチョウのサナギの解剖を試みた。また得らして与え、サナギになるまで育てた。尚、れた組織には細胞が含まれているはずであいつサナギになったのか個体毎に記録した。

るため、その細胞からゲノム DNA の抽出②サナギの解剖を行い、翅の模様に関わる遺伝子レベルの解剖皿、解剖バサミ、虫ピン、ピンセッ

解析を行いたいと考えている。

トを用いて解剖を行った。解剖皿にサナギを乗せ、背中から解剖バサミで開いて、虫３．研究内容(１)仮説

ピンで固定し、サナギの中身を確認した。
③保存方法

サナギの時点でチョウの翅になると思わサナギの中はペースト状で、体の部分にれる部分と、そうでない部分には何らかのよって組織の色が異なっていた。そこで、

外見的（組織的）違いがある。

その色で分類し、マイクロ・ピペットで中(２)実験方法

身を取り出し、マイクロ・チューブに保存した。このマイクロ・チューブは－30℃でる必要があると考えている。

冷凍保存した。
(３)実験結果

５．まとめと今後の課題

解剖の結果、サナギの中はペースト状で今後、サンプリングした組織から DNA

あり、大まかに組織が体の部分で異なって抽出を試みたいが、組織の色の分布が器官いた(図１)。その色は、黄色、赤色、半透明の配置と一致するか不明であるため今後は色、緑色などがあった。黄色の部分が左右より深く調べ遺伝子解析へと繋げたい。

対称に配置されてあったので成虫になった
ときその部分が翅になると考えられる。
黄色の部分の間には内臓かと思われる赤いペーストの塊があった。

図１

４．考察
実験結果より、サナギ期のチョウの体内組織には、からだの部分によってそれぞれ組織の色が異なっていた。そして組織の色の分布は、成虫になったときの各器官の配置と大まかではあるが一致していた。しかし、今回の実験では「配置」という観点からしか調べておらず、仮説が確実に検証できない結果となってしまった。よって、今後は、文献調査などを行い、サナギ期に配置された内部組織は、その場所から他の部分へ、サナギの体内を移動することなくそのまま各器官へと分化していくことを確認する必要があると考えている。また、組織の色が何によるものなのかもあわせて調べ

６．謝辞
指導してくださった櫻井先生、岩本先生に深く感謝します。

バイオエタノールに関する基礎実験
３年Ｃ組

中西

夏輝

３年Ｃ組

吉川

啓明

３年Ａ組

高杉

典史

３年Ｂ組

谷口

亜紳

３年Ａ組

田村

猛

指導教諭

矢野

幸洋

１．要約
アルコール発酵を利用して、タマネギやキンカンからバイオエタノールを作る研究を行った。その中間報告を行う。
キーワード

バイオエタノール、アルコール発酵、ブドウ糖、タマネギ、キンカン

２．研究の背景と目的実験を始める前から、菌についてある程度の予備知識を持っていた。そこでこれを生かすために、菌について研究しようということになった。
菌を使った身近なものを考えた結果、酒＜アルコールの発生＞
アルコールは、ブドウ糖を酵母によって発酵させることによって発生する。
今回の実験は、生ごみ等からアルコールを発生させる前に、どのようなものから効率よくアルコールが作れるかについて調べや味噌などがあがった。何回かの話し合い

るための実験を実施した。

の後「酵母を使って不要なもの(生ごみな(2)実験ど)をアルコールに変え、それを使って料実験Ⅰ

タマネギからアルコールをつくる

理をしてみよう」という課題を立てた。

まず、身近ですぐに手に入るタマネギか不要なものをエネルギーに変えることによらアルコールを作成することに挑戦した。

って環境問題対策にもなるであろう。

調べてみるとタマネギはショ糖をたくさん含んでいることがわかった。ブドウ糖も

３．研究内容含まれているのではないかと予想して実験(1)バイオエタノールについてを行った。まず条件を変えて３つ用意した。

石油や天然ガスから合成して生産されるタマネギは十分すりつぶして使用した。

エタノールを合成エタノールという。それ

Ａ：ブドウ糖＋水に対して、サトウキビやトウモロコシなど

Ｂ：タマネギ＋水のバイオマスを発酵させ、蒸留して生産さＣ：水のみれるエタノールのことをバイオエタノールと呼ぶ。

これらに酵母１ｇを加え、約 40℃のお湯につけた。

＜予想＞

Ａ：ビーカーに気泡を確認

Ａ：気体が発生し、アルコールができる。

Ｂ：わずかに気泡を確認

Ｂ：気体が発生し、アルコールができる。

Ｃ：変化無しＣ：反応は起こらない。

ここで、それぞれ４ｍｌをピストンで吸＜結果＞

い上げ、発生する気体の量を調べた。

３分後の様子を次に示す。

１分後から２分刻みに記録をとった。

表１

時間(分)／
容積(0.1ml)
0
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
21
23

Ａ，Ｂ，Ｃにおける容積の変化

Ａ

Ｂ

Ｃ

40
50
55
58
63
66
73
76
80
84
90
92
100

40
40
41
42
44
46
47
48
50
50
51
53
53

40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40
40

それぞれの気体量の推移120

気体量(1/10ml)

100

80
Ａ
Ｂ
Ｃ

60

40
20

0
0

1

3

5

7

9

11

13

15

経過時間(分)図１

気体量の推移

17

19

21

23

図２

実験Ⅰの様子。４０℃に保ち、発酵

図４ 実験Ⅱの様子。この状態で気泡がを促している。

確認できた。

発生した気体を石灰水に通したところ、白く濁ったので、二酸化炭素であることが確認できた。
実験Ⅱ

キンカンによるアルコール発酵

学校で栽培していたキンカンをつかってバイオエタノールの作成を試みた。
Ａ：ブドウ糖＋グルコース
Ｂ：キンカンの果肉
図５

Ｃ：キンカンの皮

図４で発酵させたＡで発生した気体を石灰水に通すと白く濁った。

Ｄ：水
実験１と同じようにして、ピストンに４ｍｌずつ吸い上げて 40℃に保った。
70
60

量 (1/10ml)

50
40
30

Ａ
Ｂ
Ｃ
Ｄ

20
10
0
３分 ７分 １１分 １５分 １９分 ２３分 ２７分
１分 ５分 ９分 １３分 １７分 ２１分 ２５分 ２９分

時間 ( 分 )図３ Ａ,Ｂ,Ｃの量の変化

図６

実験Ⅱの結果。Ａの二酸化炭素発生
量が一番多かった。Ａのピストンが明らかに他よりあがっている。

Ａ、Ｂ、Ｃからは予想どおりに二酸化炭素が発生した。

矢野先生と岩本先生に、多大なご指導を賜りました。この場で、深く感謝申し上げます。

４．考察
実験ⅠのＢから二酸化炭素が発生したので、アルコール発酵が起こり、アルコールが発生したと考えられる。このことから、タマネギにはブドウ糖が含まれていることがわかる。
しかし、今回アルコール検知実験が上手
くいかなかったので、アルコールの存在を証明することはできなかった。
実験Ⅱも同じようにＢ、Ｃから二酸化炭素の発生を確認できたので、アルコール発酵が起こっていると推定できる。
このことから、キンカンは、果肉・皮ともにブドウ糖が含まれていることがわかった。

５．今後の課題
アルコール検知実験を成功させないと、次の段階へすすめないので、まずこの実験を成功させる。現段階では、調べた通りに実験を進めても全く反応がなかった。濃度80％のアルコールを使用しても反応が見られなかったので、一から実験方法を見直す必要がある。まだ、目標の「いらないもの」からアルコールを作成していないので、これからはそれも試したい。

６．参考文献[1]「フォトサイエンス

生物図録」、

鈴木孝仁監修、数研出版．

７．謝辞
サイエンス研究会生物班の活動において、

ベンソンの実験と ATP
４年Ａ組

行松

和輝

４年Ｂ組

國松

大悟

指導教諭

矢野

幸洋

指導教諭

櫻井 昭

１．要約
光合成の第四過程は光なしで行えるはずなのでそれを確かめてみるための実験をベンソンの実験で行うことと、ATP が脱脂綿に含ましただけでその上に根付いた植物がその ATPを利用できるのかということを調べる。

キーワード ベンソンの実験、ATP
２．目的
前回行ったベンソンの実験を簡易にするとともに正確なデータを取る。また、本当に ATP を含ませた脱脂綿を置くことだ
けで ATP が吸収されるのかを調べる。

そこで植物に光を当てはするが、二酸化炭素を無くしておく。そうすると光合成はせずに光エネルギーだけたまる。
その光エネルギーによって光合成の第四過程までを行う。
そして、その状態で光を無くし二酸化炭

３．緒言
ベンソンの実験とは、光合成の第四過程を光なしでも行えるということを確認した実験である。
具体的に言うと、光合成をするためには
二酸化炭素と光エネルギーと水が必要であ素を入れると、ある一定の時間だけ光合成が行われるという実験である。
ベンソンの実験における右図のＣを作り出すために僕たちは、石灰水を用いて、それにより水中の二酸化炭素を吸収させて実験を行った。

り一つでも欠けると光合成ができなくなる。

４．研究内容【研究１】ベンソンの実験の改良とデータ
の収集
（１）仮説
光なしでも光を当てた後なら、光合成する。つまり、Ｃで二酸化炭素が吸収されるということである。よって pH 値が上がるということである。

（２）実験方法（３）実験結果《使用するもの》

pH 値

①

②

③

④

⑤

A

7.1

7.6

7.7

4.0

4.9

B

7.2

8.2

8.2

5.1

5.3

・ 試験管立て１個

C

7.1

7.8

7.9

4.9

5.1

・ 純水 23ｍｌ

D

7.1

9.0

6.2

5.2

5.1

・ 電気スタンド１個

E

7.2

9.2

6.5

4.9

5.5

・ pH 計

F

7.1

8.9

6.4

4.9

7.1

G

7.2

8.7

6.1

5.3

6.3

・ 試験管１本・ ５％石灰水×0.5ｍｌ
・ オオカナダモ１個（1.2g）《実験方法》（１）試験管に純粋を２３ｍｌ入れる。
（２）(１)の状態の試験管の pH 値を①とする。
（３）(２)の状態の試験管に石灰水を 0.5
ｍｌ入れる(ここの pH 値を②とする)。
（４）(３)の状態の試験管にオオカナダモを入れ 15 分間 2000 ルクスの光に当てる(当て終えた後の pH 値を③とする)。
（５）(４)の後試験管に、二酸化炭素を 24
ｍｌ注入する(pH 値を④とする)。
（６）(５)の試験管を暗室に 10 分間放置する(pH 値を⑤とする)。

ベンソンの実験によると、上の④から⑤にあたり、pH 値が上がれば（中性に近づけば）成功である。なぜなら、二酸化炭素が吸収されるということは pH 値が中性に近づくということである。
（４）考察上の表において A,E,F,G では④から⑤にかけての pH 値が、結構上がっている
ので、実験は成功したと見られる。しかし、それに対して B,C,D ではその値の変化が余りないため、実験が失敗しているように思われるが、これはこの３つは、②から③にかけての pH 値の変化も少な
く、光合成していなかったと考えられるので、それが原因であると考えている。
また、何故この３つがあまり光合成をしなかったかについてであるが、僕たちの実験では図１のように、光を一定方向から当て続けた。そのため、光に近い側においてあるものは光を吸収しにくかったのだろうと考える。

図１【研究２】ATP の呼吸に与える影響（１）実験目的元来の目標である、光なしで光合成を行

れぞれ２個用意する。

わせるということを達成するためには、光１つの容器にカイワレ大根を３本ずつ入

合成の第四過程で使えわれる化学物質を植れ、そこに上の脱脂綿を入れる。よって、物に取り込ませることができるかを知るこ

４つ容器が必要になる。また、コントローとが必要となる。そこで、その化学物質のルとして何も入れてない容器も準備する。

ひとつである ATP を植物は脱脂綿に含まそれらの５個を暗室にいれ一日置いて様子せただけの状態で吸収できるかを調べるを見る。
（４）実験結果
図２、図３から分かるように ATP を入れた容器のほうが入れてないものよりも水滴が多く付いた。
（５）考察
この実験は前回行った実験の確認である。
前回にも行ったが、それは一度しかやって

図２

おらず本当に正しかったのかという疑問をもったため行った実験である。
今回でも ATP を入れた方がたくさん水滴が付いていたので、ATP をしみ込みさせた脱脂綿を入れただけで呼吸に何らかの影響があったものと考えられる。しかし、この研究成果を発表するたびに多くの先生方から質問を受けたように、ATP は非常に分子量が多く、そんなに簡単には植物の細胞内には入らないはずである。

図３

何故なら、もしそんなことが可能になれ
ば、植物の細胞内から、ATP ほどの大きさ（２）仮説
ATP を入れた容器で育てた方が ATP を吸収することになり、呼吸量が多くなることで容器によく水滴がつくと思う。

のものは全て流れ出してしまうということになるからである。よって、僕たちはこの呼吸が激しくなる要因になったものは、ATP ではなく、それが分解されて違う分子
量の小さいものとなり、吸収されたのだと（３）実験方法
脱脂綿に ATP１%を２ml だけ含ませたものと、脱脂綿に水２ml 含ませたものをそ考えている。
そこで、これは今後の予定だが、吸収されたものが本当に ATP であるのか確かめるために、ATP を光らせて細胞内に通常以上に存在するかをみたいと思う。また、どのようにして光らせるのかについてだが、ルシフェリンという化学物質は ATP と反応して発光するのでそのことを用いて、本当に ATP の存在を確かめられるのかなども実験していこうと思う。

５．今後の課題
今回の第一の研究（ベンソンの実験の追実験）によって分かったことは、植物の光合成の効率を調べるために、植物が育つまでの間、長い時間待って研究しなくても、僕たちの考えた方法を使うことによって、
ほんの 30 分程度で植物の光合成効率を調べて結果を出すことができるようになったことである。
そしてまた、第二の研究から分かったことは、ATP を脱脂綿に湿らせるだけで植物の呼吸量が多くなるということである。
しかしながら、まだよく分からないことも多々ある。その代表的なものが先に研究２の所でも書いたように、ATP という化学
物質を簡単に植物の細胞内に簡単に入れる
ことが実際に可能なのかということであり、これについては今後、細胞内まで見ていくことで、結論を出したいと思っている。

６．参考文献[1]「フォトサイエンス生物図録」、鈴木孝仁
監修、数研出版

７．謝辞
指導してくださった矢野先生、櫻井先生には感謝申し上げます。

カルスの基本的研究
４年 A 組

山中祥五

指導教員

矢野幸洋

１．要約
未分化の状態であるカルスについて、形成方法の確認を行い、カルスの効率の良い形成方法やカルス作成に適した植物の種類を調べた。それらの成果は細胞融合などの研究に応用できる。また、カルスの分化についても研究を行った。
キーワード

カルス、形成層、細胞融合

２．研究背景と目的

カルスを確実に作るのは難しく時間も今までプロトプラストについて研究しかかるので、一般的な方法を使い、カルてきており、酵素を用いてプロトプラス

スになるところを観察することで、さらトを作成することができた。プロトプラに効率が良いカルスの生成方法を考える。

スト以外のものを用いて細胞融合できな

最終的には、それによって作ったカルス

いか調べていたところ、未分化の（茎、を使い、プロトプロストとの細胞融合が葉、根などに役割が決まっていない）状できるのか、どのような反応が起こるの態であり、さまざまな組織になる可能性

かなどを調べる。

のあるカルスを用いると、より簡単に細胞融合ができるのではないかと考えた。

４．研究内容そこで、カルスについて、まずどのよう(1)仮説な性質があり、どのような役割をするの・組織培養は無菌状態を完璧にすればすかを調べることにした。

るほど成功率が上がる。
・カルスは形成層が見えやすいニンジンなどを使わないと作りにくい。
・カルスは培地の 2.4－Ｄを調節することで分化することができる。
(2)研究方法
実験Ⅰ

カルスの作成器具を乾熱滅菌したものとそのままのものを用い、どちらもオートクレーブで処理した。この方法により乾熱滅菌の有図１

プロトプラスト

無によるそのカルス形成の差を比べる。

また、材料には一般的にカルスの実験に用いられるニンジンとあまり用いられることの無いサツマイモを使ってカルス形
成の差も調べる。
＜方法＞
培地は White の培地にハイポネック①

スを加えたものを使用する。また比較実験のために 2.4－Ｄが入っていない培地（コントロール）も使う。コント

図３ サツマイモの根の一部を取り出す

ロールを使ったのは、2.4－Ｄが入っていないとカルスにならないことを確かめるためである。なお、2.4－Ｄを含む培地にカルスを入れると分化が始まる
ことが知られている。
②

材料は、形成層が分かりやすいニン
ジンと、形成層が分かりにくいサツマ
イモと使う。どちらも根の部分であるという共通点がある。

図４

カルスの形成＜結果＞
・5 月 14 日

実験開始

・5 月 23 日

B３の植物に変化あり。

・5 月 30 日
B１，A４の培地にカビらしきものが発生した。またコントロール以外の植物自体にも変化があった。
図２

ニンジンの形成層を取り出す

・6 月４日A1，A5，B3 からカルス形成が観察③

恒温室に置いておく。

された。それ以外の培地にカビが発生した。

表１ カルスの形成
コントロール A

A１

A2

A3

A4

A5

植物

ニンジン

ニンジン

ニンジン

ニンジン

サツマイモ

サツマイモ

カルス生成

×

○

×

×

×

○

コントロール B

B1

B2

B3

B4

植物

サツマイモ

ニンジン

ニンジン

サツマイモ

サツマイモ

カルス生成

×

×

×

○

×

※A はビーカーを乾熱殺菌したもの、B は乾熱殺菌なしのものである。また個体を区別するために番号をつけた。
＜方法＞①

2.4－Ｄが入っていない培地にカルスを入れる（分化には 2.4－Ｄは不要といわれている。）②

恒温室に置いておく＜結果＞
２個体を植え替えしたが、２個体とも５日ほどでカビが生えた。
図５

ニンジンから作ったカルス

４．考察
・実験Ⅰでは成功率の低いカルスの実験が 10 個中３個成功して、まずまずの結果だと思われる。
・カルスの実験が成功するかどうかはカ
ビが生えるかどうかで決まるので、殺菌を確実にしていない場合は成功しないと考えていたが、意外にも器具を殺菌したとき時と変わらないぐらいの成

図６ サツマイモから作ったカルス

功率であった。結局、実験が成功するかどうかは実験中の管理が重要だと考

実験Ⅱ

分化の実験

学校に保存してあったカルスを用い、分化の実験をする。

えられる。
・よく使われるニンジンとの比較実験として使ったサツマイモが、意外にも成功した。ニンジンにかぎらず、いろいろな植物でカルスを作ることができる

今後詳しく調べていきたい。

と考えられる。
・ニンジンは形成層が見やすく、その形成層を使って実験をするが、形成層を使うのは盛んに細胞分裂をするからであり、成功率も高くなると思われる。
・実験Ⅱでは分化を確認する前にカビが６．参考文献[1]「生物小事典」、丘英通・岩波洋造監
修、三省堂[2]「わかりやすいバイオテクノロジー」、
三井正洋他、評伝社

はえてきたため、分化することを確か[3]「フォトサイエンス生物図録」、鈴木

められなかった。２個体ではあるが、孝仁監修、数研出版

分化の実験は成功率が低いことに気づいた。

６．今後の課題・ニンジン以外の植物でカルスを作ることが出来たのはかなり意外な結果だったので、今後は他の植物でもカルスを形成し、それを使えば何かもっと別の実験ができると思われる。例えば、違う種類を使った細胞融合などが考えられる。
・カルスはどんな植物からでも作れ、たくさん増やすことができる。そのため、効率の良いカルスの作成方法や分化させ、成長させる方法を発見することは大きな課題なので、まずはカビが生えないようにカルス形成をする方法を考える必要がある。また、根以外の部分
からカルスを作成することも目標になる。
・一般的にカルスは植物が傷ついたときに傷口を覆うようにできる組織で、さまざまな細胞へと分化ができるという特殊な性質を持っている。そのようなことが細胞壁の無いプロトプラストと細胞融合することで、特別な反応が起こると考えられる。この点についても

乳酸菌と植物の共生
4年C組

市瀬

拓人

指導教諭

矢野

幸洋

指導教諭

櫻井

昭

１．要約
乳酸菌は整腸作用などがあり人間の体に良いとされている。これを植物に適用すると動物の体内での働きと同じ効果が得られると予想し、乳酸菌を植物に取り込ませてその効果を確かめた。また、乳酸菌を用いた自然農薬の開発とその働きの確認実験を行い、効果の一部が確認できた。
キーワード

乳酸菌、乳酸、アデノシン三リン酸、自然農薬

２．研究背景と目的
植物は乳酸菌の存在する特定の環境下においては、通常の栄養剤と同じくらい植物を長持ちすることが、筆者のこれまでの研

３．研究内容乳酸菌についての基礎実験を行い、次に課題の解決のための実験を行った。

究で分かっている。
しかし、これにはどのような物質が関与§1 基本事項

しているのかが不明であった。まず、その主にヨーグルトに用いられている菌には物質を特定し、それからその物質の特定の乳酸菌とビフィズス菌があり、乳酸菌は縦活用方法を見出すことにした。

に長い形（桿菌という）をしておりビフィ

次に、その物質が植物にどのように影響

ズス菌は Y 字型の菌である。

し、かつ、どのように用いると最も効果的

この中でも今回は乳酸菌について研究をなのかについて、実用化も視野に入れて追することにした。乳酸菌は原核生物に分類求することにした。

され Lb．casei（カゼイ菌）などが有名である。乳酸菌も種類により様々な特徴があるが、全ての乳酸菌についていえることはペプチドグリカンと呼ばれる細菌特有の細胞壁が一般的な細菌よりも厚いという特徴である。
これまでに乳酸菌は動物の小腸などに生息し、悪玉菌を破壊する生物であるとされてきた。しかし、最近では植物などからも

図１

乳酸菌の単離培養(×400)

乳酸菌が発見されている。

また、乳酸菌は動物の腸内の悪玉菌を撃退するだけでなく外界においても様々な雑菌や細菌を撃退することが証明されている。

え、溶かしてから残りの蒸留水を加える。）
A 液：
クリスタルバイオレット 0.3g、§2 基礎実験《基礎実験Ⅰ》カタラーゼ陰性の確認
乳酸菌はカタラーゼという物質を含まず、陰性を示す。
(１)実験方法
乳酸菌を過酸化水素水に浸す。酸素が発生するとカタラーゼ陽性菌、何も発生しな
ければカタラーゼがないのでカタラーゼ陰性菌となる。一部の胞子で増える乳酸菌はカタラーゼ陰性を示さない。
(２)実験結果
ヨーグルトに含まれる乳酸菌はカタラー
ゼ陰性だった。

95%エタノール 20ml
B 液：
シュウ酸アンモニウム 0.8g、蒸留水 80ml
混合液：
前日に A 液と B 液を混合し、使用当日に濾過する。
・染色方法①スライドガラスに白金耳で蒸留水を１滴と乳酸菌をいれ、よく伸ばす。
②乾燥させる。
③ガスバーナーの上を３回ほど通す（固定される）。
④染色用混合液を１滴、滴下する（１～《基礎実験Ⅱ》グラム染色法
細菌は主に、グラム染色法という染色方３分）。
⑤染色トレーで洗う（２回）。

法で大きく２種類に分けることができる。

⑥乾燥させる。

この種類の違いは、細菌で細胞壁にあたる⑦ルゴール液を１滴、滴下する（１分）。

とされているペプチドグリカンの有無、又⑧染色トレーで洗う（２回）。

は厚みの違いである。

⑨乾燥させる。

このグラム染色法は、ペプチドグリカン⑩エタノールを１滴、滴下する（30 秒）。

の有無、又は厚みの違いを利用して、細胞⑪染色トレーで洗う（２回）。

膜の染色を行った後、エタノールで洗う。

⑫乾燥させる。

洗浄しても陽性菌であれば、しっかりと染⑬サフラニン液を１滴、滴下する（1 分）。

色されているので染色液がペプチドグリカ⑭染色トレーで洗う（2 回）。

ンに残り、観察できるというものである。

⑮完全に乾かす。

(１)実験方法⑯顕微鏡で観察する。

・使用薬品※これを、染色時間を１分、２分、３分

ルゴール(Lugol)液：
ヨウ素１g、ヨウ素カリウム２g、蒸留
水 300ml（先ずヨウ素カリウムを少量の蒸留水に溶かし、次にヨウ素液を加と３種類をそれぞれ５回ずつ施し、合計 15 種類実施した。
(２)実験結果
図２のように乳酸菌の細胞壁（ペプチドグリカン）が赤紫色に染まった。
よって、グラム陽性菌である乳酸菌と確かめられた。

(3)実験結果
それほど大きな違いは無かったが、やや乳酸菌入りの培養液で育てたオオカナダモの方がしっかりと育っていた。
(4)考察
少なくとも乳酸菌の生成物は植物に対して何らかの影響をもたらしている。
《実験Ⅱ》植物に効果のある物質の特定実験Ⅰにおいて、乳酸菌が植物の成長過

図２

グラム陽性を示す乳酸菌

程において何らかの良い影響をもたらしているということが分かったので、次に、乳§3 課題実験酸菌の生成する物質のうちの何が植物に働《実験Ⅰ》植物の生育に対する乳酸菌の効

いているのかを調べる実験を行った。

果の研究

(1)仮説

乳酸菌は植物の生育にとって肥料の役割をするのではないかと思い、乳酸菌水溶液

乳酸菌は以下のような働きを行っている。
＊基本反応式C6H12O6→C3H6O3+2ATPの中でオオカナダモを培養するという実験を行った。

によって乳酸菌によって生成される物質は(1)仮説

C3H6O3(乳酸)と ATP(アデノシン三リン酸)

オオカナダモは乳酸菌なしの状態より、であり、そのどちらかが影響を与えている乳酸菌水溶液で培養するほうが枯れずに長と考えられる。

持ちし、よく生育する。

(2)実験方法(2)実験方法①乳酸菌(市販のヨーグルトに含まれいてるもの)を一晩約 35℃で培養させる。
②次の３つのフラスコを用意する。
Ａ：栄養分と①の乳酸菌を入れたもの
Ｂ：Ａと同じ濃度の栄養分をＡと等量入れたもの（乳酸菌は入れない）。
Ｃ：栄養分のかわりにＡと等量の水を入れたもの（乳酸菌は入れない）。
③Ａ～Ｃを同じ環境条件下において、２日目に、オオカナダモを同じ分量入れる。
④２週間ほど培養し、オオカナダモの様子を観察する。

図３

左から市販の養分、ATP、乳酸前ページの図３は、左から市販の養分・

8

また 10 mol/L よりも効果があった。

ATP・乳酸をそれぞれ１％の濃度の水溶液にオオカナダモを同量ずつ入れ培養したものである。市販の養分は比較のために用い
た。
(3)結果

10 1 mol/L

３日後には明らかな違いが出ていた。市販の養分は大変よく育ち、ATP は一部が枯れ、乳酸は大半が枯れてしまった。
(4)考察10 6 mol/L

おそらく市販の養分はそれぞれの物質の割合や濃度が適量になっている為良く育った。
しかし、今回用いた ATP や乳酸は植物に対しての分量が適量とはいえなかったため、枯れてしまったと思われる。

10 8 mol/L
図４《実験Ⅲ》乳酸の最適濃度
前回の実験では薬品の濃度が１種類だった。今回は、乳酸に着目して様々な濃度で(4)考察
実験結果より、濃度が濃すぎても薄すぎ実験を行った。

ても効果がないと言えるが、適当な濃度で(1)仮説
実験Ⅱにおいて ATP と乳酸の量が適切でなかったと推定される。よって、乳酸のあれば、植物に何らかの効果をもたらしているということがわかる。

濃度をいろいろに変えて行う。おそらく適当な濃度というものがあるだろう。

《実験Ⅳ》乳酸の抗菌作用と濃度
前回の実験で、適当な量の乳酸があれば、(2)実験方法
mol/L まで

植物に有益であるということであった。この濃度で作成し、それぞれについて同質量のことをさらに詳しく調べてみると、乳酸のオオカナダモを培養する。

菌には抗菌作用があり、そのことと関係し(3)結果ている可能性がある。つまり、乳酸菌がつ10 1 mol/L のときは大半が枯れてしまっ86た。また、 10 mol/L と 10 mol/L を比べ

くる乳酸のもつ外界から侵入した菌に対すると、この場合は濃度が薄い方が濃度の濃るため、乳酸に注目した。この実験は乳酸い方よりも効果があった。

を含む LB 培地と乳酸を含まない LB 培地

6を作成し、両者を比較し、雑菌の繁殖度合

1

乳酸水溶液を 10 mol/L～ 1018つまり、 10 mol/L は 10 mol/L よりも、る抗菌作用が影響していることが考えられを観察比較するものである。

な雑菌に対して抗菌作用を持っていること(１)仮説が証明された。

乳酸菌の抗菌作用は生成する乳酸と関係

また、これからはこのことを利用して乳があると考えられるので、乳酸が含まれて酸が最もよく効く雑菌類を発見し、乳酸菌いる培地は雑菌が繁殖しないであろう。

を用いた人体や土地に無害な自然農薬の実(２)実験方法

用化に向けて研究を進めたいと思う。

①乳酸菌を次の濃度に調整した LB 培地を

６．参考文献

作成する。
1

2

3

10 mol/L、 10 mol/L、 10 mol/L[1]「キャンベル生物学」、Neil A．Campbell、Jane B．Reece 著、小林興監訳、丸善

る。

株式会社

②

同時に乳酸を含まない LB 培地を作成す①の培地を室内に３日間放置する。

[2]「フォトサイエンス生物図録」、鈴木孝仁(３)結果

監修、数研出版

下の写真のように乳酸(C3H6O3)の濃度が高ければ高いほど雑菌が繁殖しなかった。

７．謝辞
今回の実験において(株)グリコ乳業の瀧澤さんには、多くの助言を頂戴し、乳酸菌についての文献を郵送していただきました。
この場をお借りして感謝いたします。
また、日頃の SSH サイエンス研究会の活動等において指導をしていただいた本校教諭の矢野先生、櫻井先生には深く感謝しております。ありがとうございました。
最後になりましたが、今、この論文を読

図５11mol(左上)、 10 mol/L(右上)、んでくださっている全ての方々にもこの研

10 2 mol/L (左下)、乳酸なし(右下)

究を知っていただいたことに感謝いたしま

(４)考察

す。

乳酸菌が殺菌・除菌効果を持つのは、乳酸菌の生成する乳酸のためであると推測で

８．資料

きる。

(1)固形ゲル LB 培地成分
LB 培地は細菌類の培養に向いている培

５．今後の課題
今回の乳酸菌を用いた実験で、乳酸菌の単離培養のほか、自然やヒトにやさしい農薬の開発に向けた大きな一歩を踏みだした。
具体的には、乳酸菌の生成する乳酸が様々地である。
・Luria-Bertani

25g（LB 培地用試薬：Tryptone,Bacto 10g・
Yeast extract,bacto

5g・NaCl・Agar,Powole（寒天粉末）

1.5g

10g）

・蒸留水

100ml

(2)主に使用したヨーグルトの成分
種類別

発酵乳

無脂乳固形分

11.5%

乳脂肪分

3.0%

原料名

乳製品、生乳、

乳たんぱく質濃縮物
・栄養成分（100ｇ）
エネルギー

70kcal

たんぱく質

5.0ｇ

脂質

3.0ｇ

炭水化物

5.8ｇ

ナトリウム

48mg

カルシウム

160mg

(3)主に使用した牛乳の成分
無脂乳固形分

8.3%以上乳脂肪分

3.5%以上

原料名

生乳 100%・栄養成分（100ml）
エネルギー

64kcal

たんぱく質

3.1ｇ

脂質

3.6ｇ

炭水化物

4.7ｇ

ナトリウム

4.6mg

カルシウム

103mg

プラナリアの白色化死について
４年Ｃ組

寒河

裕人

指導教諭

櫻井

昭

１． 要約
以前プラナリアに光を照射して分裂の様子を観察していたところ、すべて白くなって死んでしまったのでその原因について追及した。
キーワード

プラナリア、白色化死

２． 研究背景プラナリアは水の中の暗い所に生息している。プラナリアは有性生殖するが、分裂も行うといわれている。そこで以前
異なる波長の光がプラナリアの分裂に及ぼす影響について調べるために分裂実験を行っていたところ、実験開始から２、３日後に全個体が白くつぶれたように死んでしまった。その異常な死に方に興味を持ったので、死因解析をした。

３． 目的

図２

テトラポット内のプラナリア

４． 研究内容

・プラナリアを死亡させた原因がなにか●死因追究実験を調べる。

（１） 仮説・細胞内で起こった変化を調べることに
よって細胞レベルで死因を解析する。

プラナリアが死んでしまう原因について次の３つの仮説を立てた。
①

光に当たると死ぬ。

②

水の量によって死ぬ。

③

温度が高くなって死ぬ。

そこで、図１の光照射装置を用いて実験を行った。
（２） 実験
図１

光照射装置

実験Ⅰ

光照射実験（仮説①）※実験方法

(１)７つのテトラポットにそれぞれ８分
目ほどの水を入れる。
(２)(１)に５匹ずつプラナリアを入れ、ふたをする。
(３)(２)を 410lux に設定した赤色光、青(２) (１) に５匹ずつプラナリアを入れる。
(３) 穴があいたテトラポットのふたに温度計を差し込み、(２)にそのふたをする。

色光、緑色光、白色光、紫外線、赤(４) (３)のうち３つを光が入らないよ

外線に当て、光が当たらないものをうアルミホイルでおおう。

1 つ用意する。
※実験結果
４/９～４/16 の８日間
実験終了まで全てのプラナリアが生きていて、変化は特になかった。

(５) (４)を赤色光(4410lux)、青色光(2300lux)、白色光(410lux)のところに置き、残りの１つを暗室に置く。
※実験結果
６/18 から６/19 の２日間
６/18 白色光 22℃

実験Ⅱ

水量実験（仮説②）※実験方法(１) テトラポットの２分目、４分目、６分目、８分目の水をそれぞれ２つずつ、計８つ用意する。

青色光 21.8℃
６/19 白色光 31℃
青色光 31.0℃

赤色光 22.0℃
暗室 22.1℃
赤色光 34.0℃
暗室 22.5℃

赤色光のプラナリアは全滅していた。あとは生きていた(２) (１)に５匹ずつプラナリアを入れ、ふたをする。

（３） 考察(３) (２)のうち２分目、４分目、６分目、実験Ⅰの結果より、光（強さ）により８分目それぞれ１つずつ計４つを白死ぬという仮説は間違っているだろうと

色光（410lux）に当て、残りの４つ考えられる。

を光が当たらないようにする。
※実験結果
４/24～４/30 の７日間。
４/26

暗室の８分目のプラナリアが１匹分裂

４/30 暗室の６分目が１匹死亡

実験Ⅱの結果より、水位（水量）が上がる（増える）ことによって死ぬという仮説は間違っているだろうと考えられる。
実験Ⅲの結果より、水温上昇により死ぬという仮説は正しいと考えられる。
以上のことより、31℃～34℃の間にプ

他の日、他のプラナリアは生きていて変ラナリアが死ぬ温度があるのだろうと考

化なし。

えられる。

実験Ⅲ

水温実験（仮説③）※実験方法(１) ４つのテトラポットにそれぞれ６分目ほどの水を入れる。

●死亡過程観察実験（１）仮説
今までの結果を見る限り、すべての個体がつぶれたように死んでいて、黒い部分も

少し残っていたので、体が真ん中あたりで裂けて白いものが出てきているのではないかと考えた。
（２）実験
☐

実験方法
（１） テトラポットの６分目の水を用意する。

図４

プラナリアの異常確認（くねくねしている）（２） （１）にプラナリアを３匹入れ、ふたをする。
（３） （２）を温度が 41℃に設定された恒温室の中に設置する。
（４） コマ撮りをするカメラをその恒温室に設置し１日中コマ撮りをさせ、プラナリアが死亡する過程を
観察する。
図５

※実験結果

プラナリアの死亡確認

インターバル３分でコマ撮りをしたとこ
ろ、47 枚目あたり（実験開始からおよそ２（３）考察

時間 18 分後）にプラナリアに異常が確認さ

仮説通り、写真を撮った順番に見ていくれ（図４）、92 枚目あたり（実験開始からと体が裂けていき、白いものが体の中からおよそ４時間 33 分後）に死亡が確認された出てくる様子がわかった。そして、途中で（図５）。

プラナリアが体をよじっていることから苦しんでいるのではないかと考えられる。よって、プラナリアにとって「高温」とは過酷な環境であり、形態が崩れてしまうほどのダメージを細胞レベルで受けるのではな
いかと考えられる。

５．今後の課題
図３

実験開始直後のプラナリア

今回の実験では、「高温」という環境下での観察を行ったため、より細かく「どの温度でプラナリアは死んでしまうのか」ということを詳しく調べる予定である。また、プラナリアは死ぬ温度になったら急に死んでしまうのか、それとも徐々に温度が上がっていくにつれてダメージを受けていくの

かを調べようと考えている。そして、なぜ水温上昇によって死んでしまうのかを調べる。それには、死んだプラナリアの個体を顕微鏡で観察し、細胞内に変化が起こっているのかいないのか、また起こっているとしたらどんな変化なのかを調べる必要があると考えている。そして死亡過程観察実験
において、体の中から出てきた白いものは何なのかを調べ、なぜ体が裂けるのか、その白いものはなぜ死んだら出てくるのか、ということも同様に調べていこうと考えて
いる。

６．謝辞
今回の研究をするにあたり、指導していただいた櫻井先生に深く感謝いたします。

シカのフンを用いた除草剤の開発
４年Ｃ組

林

由佳里

指導教諭

櫻井

昭

１．要約
世界遺産に指定されている、古都奈良。いにしえより神の使いとして敬われているシカが生息する飛火野には青いシバが広がっている。なぜ飛火野のシバはいつも短く青く広く保たれているのだろうか？私はこのシカとシバには何か関係性があり、その関係を媒介するのがフンではないかと考えた。シカのフンの中には Zoysia japonica を含む数種の植物の種子が含まれているとことが確認されている。ではシカが食している種子とはどのようなものか。これらの種子はどの様な種類のものか確認するため、フンを砕いて埋めてみた。するといくつかの種類の芽が出てきたが、Zoysia japonica 以外のものは枯れ、Zoysia japonica だけ成長を続けた。牛や豚などの動物のフンを用いた肥料では Zoysia japonica 以外の植物も成長する。通常ならば、シカのフンは肥料になれるはずだ。だがなぜ Zoysia japonica だけ成長したのか？
なぜ他の植物は枯れたのか？私は強い疑問を感じ、研究を始めた。まず植物を枯らすことのできる物質の特定を試みた。そして私は考えられる、菌・窒素・植物由来の化学物質である
アレロパシー物質などのすべての要因を実験した。すると観察実験を重ねるにつれ、Zoysia
japonica 以外の植物を枯らす原因が Zoysia japonica から抽出される物質であると考えるに至った。またこの物質を含む溶液を抽出し効果を確認できた。この現象を利用してシカのフンから天然素材の環境に優しい除草剤を作れるのではないかと着想した。

キーワード シカのフン、Zoysia japonica、Poa pratensis、アブラナ、シバ種子
アレロパシー

２.緒言
私の学校のごく近くに奈良公園飛火野がある。そこには青いシバが生えており、数多くのシカがいる。飛火野にはシバが多く生育し、他の草の生育は殆ど見られない。
だが、このシバのみが除草剤なしで、広い
飛火野の敷地をカバーするのは難しいのではないかと考えた。シカが食する事による刈り込み、及びシカや人による踏みつけのみではシバは他の植物の侵入を許してしまうからだ。シバは庭やグラウンド、ゴルフ場などで見ることができる。これらのシバ
は奈良公園のものと同様に刈り込みや踏みつけの作業を行っている。そして、たいていの場合、クローバーなどの外来の植物に入りこまれないようにするため、除草剤を散布している。除草剤などの薬物は環境に悪影響を与えると考えられている。我が校もグランドにシバを植える事業を始めたが、環境悪化を防ぐため、除草剤の散布を控えている一方で、雑草の侵入に悩まされている。なぜ奈良公園には除草剤を散布していないにもかかわらず、シバ以外の草があまり生えていないのだろうか？私は奈良公園の生態系、特に奈良公園に落ちているフンにその答えが隠されているのではないかと考えた。そして、それを使えば、環境に優しい除草剤を作ることができるのではと考え、私は研究に着手した。

３.研究目的
シカのフンに含まれる発芽を抑制する物
質を抽出する。
４.研究過程Ⅰ 土に埋めたフンの観察
奈良公園においてシバ(学名 Zoysia
japonica、以下 Zoysia japonica)だけが多く①シカのフンの中には５月と 10 月に Zoysia
japonica の種子が入っていると確認している
ため、Zoysia japonica の種子が発芽する。
②Zoysia japonica 以外の種子もシカのフンの中に入っていると考えられるので、Zoysia
japonica 以外の種子も発芽する。
３)観察結果２週間後、シカのフンから Zoysia japonica の種子の発芽が認められた。その後さらに２週
間 Zoysia japonica の種子の発育を継続観察した。その時、Zoysia japonica 以外の種子の発
芽 も 認 め ら れ た ( 図 １ ) 。 し か し Zoysia
japonica 以外の植物は、発育不全となって枯れた。

生育するのはシカのフンの影響なのではないかと考えた。常にシカのフンが落ちている奈良公園には Zoysia japonica が盛んに生育しているからだ。そこで奈良公園から
シカのフンを採取し、バーミキュライトに埋めて観察を行った。
０)予備実験
あらかじめ、種子の発芽する好条件を確認するため、予備実験を行った。
その結果、種子の発芽実験には温度管理
図１ Zoysia japonica の子葉と双子葉と水が必要不可欠であることが分かった。
又、１つの実験結果が出るまでには２週間
４)考察の期間を要する為、実験期間中、条件を満
シ カ の フ ン を 埋 め る こ と に よ っ て Zoysia
たし続けなくてはいけない。
japonica の発芽及び育成は認められたが、乾燥気味になるインキュベータ内や真夏
Zoysia japonica 以外の子葉は枯れてしまった。
の温度管理は極めて困難である。インキュ
シカのフンには Zoysia japonica 以外の植物のベータを用いず実験を行える５月～６月と成長を阻害する性質があると考えられる。こ
９月～10 月の間に実験を行った。
のことを利用して、シカのフンによるシバの
１)実験方法
除草剤開発ができるのではないかと考えた。
①牛乳パックにバーミキュライトを 270cc 入
そしてまずはシカのフンが Zoysia japonica のれた培養器を用意する。
成長に影響を与えず、他の種子の発芽を抑え②あらかじめ奈良公園で採取したシカのフるという現象を厳密に確認することにした。
ン 50 粒を砕いて培養器に埋める。(H19 10/20
そこで土の入った牛乳パックにシカのフン採取。)と Zoysia japonica 種子やその他の種子植物の③予備実験で春秋の気候に合わせるとシバの発芽率が安定すると実証済みであるため、 種子を入れ、数週間観察を行うことにした。
日較差を大きくした温室に②を入れ、イオン交換水を与え、２週間観察する。
２)仮説

Ⅱ

植物の発芽実験・観察

Ⅱ-1 シカのフンが Zoysia japonica の発芽に与える影響についての実験
Ⅰの実験の後も奈良公園の Zoysia japonica は
生 育不全 にな らずに 成長 を続け た。 故にZoysia japonica は奈良公園のシカのフンの影
響を受けにくいと考えられる。これを確認し、Zoysia japonica に関する実験を行う為、私は奈良公園のシカのフンを持ち帰り、実験した。
グラフ１ Zoysia japonica の種子とフン
１)仮説
シカのフンの影響やフンに含まれる Zoysia ①どの培養器も５～６個の発芽で大差がみられなかった。
japonica の種子の影響を Zoysia japonica の種②９日以降も発芽は認められなかった。
子は受けないだろう。
４)考察
２)実験方法①牛乳パックに 270 ㏄のバーミキュライト ①グラフより、どの培養器も発芽した種子数がかわらないので、Zoysia japonica はシカのを入れた培養器を三個用意する。
フンの影響を受けにくい。
②シカのフンの中には Zoysia japonica が実をつける時期(５月頃と 10 月頃)に種子が入っ ②フンの中に Zoysia japonica 種子が入っていても、入っていなくても発芽した種子数が変ていることが確認されている。シカのフンにわらない。よって、Zoysia japonica の発芽に入っている Zoysia japonica の種子が与える影
は、フンに入っている Zoysia japonica 種子の響を考慮するため、Zoysia japonica の種子が影響を受けにくい。
入っているシカのフン(５/17 採取)と入っていないもの(４/1 採取)とシカのフンを入れて ５)まとめ
シカのフンの影響及び、シカのフンに含まれいない培養器を３個用意して比較する。
る Zoysia japonica の種子の影響のどちらも③培養器にそれぞれ 100 粒ずつの種子を入れ、イオン交換水を与え、２週間観察を行う。 Zoysia japonica は受けにくいことがわかった。
④同じ実験を 2 週間ずらして、３回行った。

図２

フンを入れての Zoysia japonica の発芽３)観察・実験結果
横軸に日数、縦軸にその日の発芽数をとって実験を行った。牛乳パックにバーミキュライ
トとシバの種の入ったシカのフン、種のない
シカのフン、コントロールを作成し、観察を行った。

Ⅱ-２シカのフンが Zoysia japonica 以外の種子に与える影響Ⅱ-１より、奈良公園の Zoysia japonica の種
子はシカのフンの影響を受けないことがわかった。では Zoysia japonica 以外の種子はシカのフンの影響を受けるのだろうか。このことを確認するため、私はアブラナとシバの一種ケンタッキー・ブルーグラス(学名 Poa
pratensis、以下 Poa pratensis)を使って比較対照実験を行った。
１)仮説①アブラナは双子葉植物で種子も大きく、発芽 率 も 高 い ( ほ ぼ 100%) 植 物 な の で Poa
pratensis よりも発芽する数が多いが、シカのフンの影響を受けるだろう。シカのフンを埋めたとき、双子葉植物の子葉が枯れてしまった。故に同じ双子葉植物であるアブラナも影響を受けると考えた。
②単子葉植物は Zoysia japonica 以外、奈良公園であまり見かけないので Poa pratensis の発芽する数は多くない。
２)実験方法①牛乳パックにバーミキュライトを 270cc 入れた培養器を４つ用意する。

図３ アブラナ、Poa pratensis とフン②培養器ひとつあたり、大きさをそろえたシカのフンを 20 粒ずつと、アブラナの種子を25 粒入れたものと、 Poa pratensis の種子 50粒。さらに、それぞれのコントロールを作成した。また、シバの他に、Poa pratensis を用いたのは発芽率が高く安定しており、容易に大量に入手できるためである。
③イオン交換水を与えて３週間観察を行う。
④同じ実験を２週間ずらして２回行った。
【検証方法】
統計学入門([1])によると、サンプル数 n に対

グラフ２

グラフ３

アブラナとフンPoa pratensis とフン

nとが緩やかであるのでフンの影響を受けやす
く、かなり発芽率が低くなったと考えられる。
③Poa pratensis の発芽が始まった時とアブラナの発芽が始まった時にはブランクがあった。故にシカのフンは Poa pratensis の発芽を一週間ほど遅らせる効果が見られたと考えられる。

なる。故に今回、25 粒(50 粒)のサンプルを用いたため、５本(７本)発芽数に差が出た時、実験の効果があったとする。
３)観察・実験結果
培養器にシカのフンと Poa pratensis またはアブラナを入れて観察を行った。横軸に日数を、縦軸にその日発芽している種子数をとった。
４)考察①アブラナは Poa pratensis よりも最終的な差が小さくフンの影響を受けにくかった。だが、シカのフンにより除草効果があることがわかった。
②Poa pratensis はアブラナよりも上昇の仕方

Ⅲ フンが植物の発芽を抑制した理由
シカのフンがアブラナと Poa pratensis の発芽を抑えた理由として、ⅰ〉～ⅲ〉の様な理由が考えられる。
ⅰ〉フンに含まれる菌の影響
シカの体内では、胃の中や腸内に菌を保有し、植物の栄養を吸収している。また、文献調査
で放線菌がある一定の植物の成長を促進す
ることがあるとわかった。
故にシカのフンの中にもそのような菌がいると考えた。
ⅱ〉シカのフンに含まれる窒素の影響
シカのフンなど動物のフンにはアンモニアして実験の効果が出たとされる数は

などの大量の窒素が含まれている。窒素は植物にとって最重要の養分だが、過多になると、植物の免疫力が衰える。シカのフンのこのような要因によって植物が枯れると考えた。
ⅲ〉シカのフンに含まれるシバ(葉)の影響
予備調査でシカのフンの中にシバの繊維を発見した。このことから、シカはシバを食し 図５ 二種類の菌
二種類の細菌が培養できた。一種類の菌はひてシバの成分を取り込んでいると考えた。
どい腐乱臭を呈していた。もう一つの種類のシバの葉からアレロパシーという他の植物菌は寒天培地の表面ではなく寒天培地の中や他の生物に阻害的あるいは促進的な何らにコロニーを形成していた。
かの作用を及ぼす物質がでると文献調査でこのことから、嫌気性の菌でフンに含まれてわかった。
いても外気にさらされると死んでしまうと故にシカのフンの中の Zoysia japonica の成分考えた。
が他の種子の発芽に何か影響を及ぼしてい３) 考察
ると考えられる。
これらの菌の特徴はシカのフンを用いた実験に全く観察されなかった。故にこれらの菌Ⅳ 私はこれらのⅰ〉～ⅲ〉の影響を考慮しは種子の除草に関係するとは考えにくい。菌た実験を行った。
以外での除草効果を一度考えることにした。
ⅰ〉フンの菌を培養する
なぜⅡのような現象が起こったのだろうか。
私は原因を追及するため、まず菌の培養を行 ⅱ〉窒素濃度の測定った。菌の培養実験を行ったのは、文献調査 Ⅱの実験の際、発芽したアブラナの芽を一本取り出してコントロールと比較してみた。
で放線菌がある一定の植物の生長を促進す
ることがあるとわかったからだ。そこで放線菌をフンから取り出すことが可能なのではと考え、培養実験を行った。
１)実験方法①滅菌水と砕いたフンを VORTEX で攪拌する。
②遠心機で 1000g で３分遠心する。
③遠心した上澄みを 300μl 取り、LB 培地で 図６ コントロールとシカのフン入りの比較
37℃の状態で３日間培養する。
シカのフンを入れた培養器で発芽させた芽はコントロールより茎が太く、根が細長かった。この症状は窒素過多の症状と酷似していた。ただ、窒素過多の最大の特徴である細胞壁の肥大は、顕微鏡で観察したものの両者にあまり変わりはなかった。
図４ 培養する様子
しかし、可能性のある要因はすべて調べようと思い、土の窒素濃度を測定した。シカのフ２）実験結果ンや奈良公園の土は窒素濃度が高い為に他の種子が成長しにくいのではないか、Zoysia

japonica においては長年の間にアンモニアな
どの窒素過多の状態に耐性が培われたのではないかと考えたからだ。
１)仮説①奈良公園とシカのフンの窒素濃度は本校の中庭などの土壌よりも高い。
②一週間室温で放置したシカのフン、奈良公
園の土、本校の中庭の土は硝酸、亜硝酸濃度が増加している。
２)実験方法
窒素濃度が高いと考えられる奈良公園の土、
シカのフン、バーミキュライト、窒素濃度が標準的と思われる学校の中庭の土、この４つを比較する事にした。
①シカのフン、バーミキュライト、奈良公園の土、学校の中庭の土を採取し、それぞれ１ｇずつ取り、イオン交換水で全量 20ml になるように溶かす。
②シカのフン、バーミキュライト、奈良公園の土、中庭の土をそれぞれ 20mlVORTEX チ
ューブに入れ、撹拌する。
③撹拌したものを１ml ずつ取り出し、遠心分離器で 6000ｇ５分遠心する。
④分離したものを市販のパックテストで窒素濃度(アンモニア濃度、硝酸濃度、亜硝酸濃度)を測定する。
⑤２週間後、２週間後と室温(28℃)で放置したシカのフンの窒素濃度を測定する。
⑥今回パックテストを用いて窒素濃度を測定したのは、安価でかつ簡単に測定でき、今回の実験の目的は通常の土と窒素濃度を比較する為だからである。
３)実験結果
実験結果を窒素濃度のグラフで表す。

グラフ４ 窒素濃度の比較
フン、奈良公園の土、中庭の土を採集し、それぞれの態窒素濃度を測定した。縦軸に濃度をとっている。
①バーミキュライトは値がすべて０だった。
②１週間後、２週間後と放置したシカのフンの窒素濃度もあまり変化がなかった。
４)考察
奈良公園の土の窒素濃度・アンモニア濃度、及びシカのフンの窒素濃度・アンモニア濃度、これらは種子を窒素過多で枯らすには低す
ぎるため、窒素過多によって種子の発芽が押さえられるということはないだろうと考えた。また、窒素の多い土壌に生息するはずのナンキンハゼやイラクサが奈良公園にあまり見られないことから、窒素過多による除草効果はないと考えた。
シカのフンは１週間、２週間後ぐらいでは窒
素 濃 度 に 変 化 を 起 こ さ な い た め 、 Zoysia
japonica やその他の種子に影響を及ぼすとは考えにくい。
ⅲ〉-１ シバのアレロパシーについて
ではなぜ奈良公園にはシバが多く生息するのだろうか。文献調査でアレロパシーというものを知った。アレロパシーとは、「植物から放出される化学物質が他の植物や微生物･昆虫に対して阻害的あるいは促進的な何らかの作用を及ぼす現象」と定義されている。文献調査で Zoysia japonica にも他の草に対するアレロパシーがあることが確認されていた。また、Zoysia japonica のアレ
ロパシー物質は葉から放出されていることがわかった。シカのフンの中にはシバの葉の繊維が入っているため、シバの葉に含まれるアレロパシー物質が入っていると考えられる。しかし、アレロパシーの化学物質の特定や抽出方法については、かなり文献調査をしてみたが、特許の問題もあり、極めて困難であることがわかった。文献調査には限界があるため、私は実験を行った。
１)仮説①Zoysia japonica の葉を入れた培養器の発芽数が、何も入れていない培養器(コントロール)よりも少なければ Zoysia japonica の葉が他の種子の発芽を抑制すると言えるだろう。
②イオン交換水のみを与えているため、効果が出ればアレロパシー物質は水溶性であると言えるだろう。
２)実験方法
まず、アレロパシー物質が油性か水溶性かを確かめる為に、次のような実験を行った。
①牛乳パックにバーミキュライト 270cc を入れた培養器を４個用意する。

図７

アブラナ、Poa と Zoysia japonica の葉②アブラナ 25 粒と Poa pratensis 25 粒、奈良公園から採取した Zoysia japonica の葉を細かく(２mm から５mm)剃刀で刻んだものをそれぞれ 0.5g ずつ培養器に入れていく。
③それぞれのコントロールを作る。
④イオン交換水を与えて２週間観察を行う。
３)実験結果グラフ５

Zoysia japonica を入れた発芽率

グラフ６

Zoysia japonica を入れた発芽率①Zoysia japonica を入れた培養器の発芽率が何も入れないものよりも発芽率が低いことがわかる。
②Zoysia japonica の葉を入れた培養器はア
ブラナ、Poa pratensis 共に発芽が遅れ、さらに発芽率も低くなった。
４）観察では Zoysia japonica の葉を土にいれたア
ブラナの状態はどうなのだろうか。私はア
ブラナを取り出して観察した。

図８

アブラナの芽の様子

ⅲ〉-２ アレロパシー物質が水溶性であることを確認する
さらに、Zoysia japonica のアレロパシー物
質が水溶性であることを確認する為、Zoysia
japonica の葉を湯で抽出した抽出液、つまり”お茶”を作り、実験した。クローバーはア
レロパシーの強い植物である。今回、Zoysia
japonica のアレロパシー物質の強さを確認する為、イオン交換水を入れる培養器の他に、クローバーの抽出液を入れる培養器を作った。

③３つの培養器にアブラナの種子を 25 粒ずつ入れ、それぞれの容器にイオン交換水、
Zoysia japonica の抽出液、クローバーの抽出液を毎日 30cc ずつ与えて観察を行う。

図９

Zoysia japonica 茶とクローバー茶を入れた実験
３)実験結果牛乳パックに Zoysia japonica 茶、クローバー茶、水を入れ、それぞれを観察した。

グラフ７

アブラナとアレロパシー
Zoysia・クローバー抽出液Ⅱ(Poa)

20
18
16

Poa＋水

14

発芽数【本】

茎の長さがほとんど等しいアブラナを抜き、根の長さを観察した。Zoysia japonica
を入れないアブラナの根の方が短く、Zoysia
japonica を入れたアブラナの根が細長かった。この症状はシカのフンを入れたときのものと一致していた。このことからシバのアレロパシー物質はシカのフンにも入っていると考えられる。
５) 考察①Zoysia japonica の葉にはアレロパシーがあり、水溶性ではあるが、ゆっくりと流れ出す為、シカの体内ですべて流れ出してしまうことはない。
②シカのフンの中には Zoysia japonica の残留アレロパシーがある。これが作用して、Zoysia japonica 以外の植物の育成を排除していたと考えられる。

12

Poa＋Zoysia茶
10Poa＋クローバー茶

8
6
4

１)仮説
Zoysia japonica の抽出液を入れる培養器の発芽数はイオン交換水を入れる培養器よりも少ない。
２)実験方法
①Zoysia japonica の葉、クローバーの葉を採取し、乾燥させる。
②乾燥させた Zoysia japonica、クローバーの葉を２g 取り、それらを切らずに 40℃の湯で 60 時間抽出する。それぞれの葉の出涸らしは腐敗しやすくなるので、捨てることに
した。

2
0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

日数【日】

グラフ８

Poa とアレロパシー

横軸に日数、縦軸にその日の発芽数をとった。
①Zoysia japonica 抽出液、クローバー抽出液を与えた培養器は水のみを与えたものより共に低い発芽率となった。
②Zoysia japonica の抽出液よりもクローバ
ーの抽出液の方が除草効果は高い。

ⅲ〉-３ Zoysia japonica のアレロパシー物
質の特性
Zoysia japonica はアレロパシー作用を持ち、アレロパシー物質は水に溶けることができることがわかった。ではアレロパシー
物質は他にどのような特性があるのだろうか。私は抽出した後の植物の葉も用いて実験した。

３)実験結果アブラナ+お茶 ･ 出涸らし実験30

25

発芽数【本】

４)考察
今回、シバの葉からアレロパシー物質を抽出しようと試みた。結果、ある程度アブラナや Poa pratensis の発芽は遅くなり、発芽率も低くなったが、シカのフンよりは除草効果は劣った。次回からどのように抽出すればよりアレロパシー物質が多く抽出できるか、なぜアレロパシー物質が他の植物の成長を阻害するのか、また Zoysia
japonica のアレロパシー物質とシカのフンに含まれる除草効果を持つ物質は同一のものかどうかなどの疑問を解決したい。

アブラナ＋水20

アブラナ＋Zoysia茶15

アブラナ＋クローバー茶
アブラナ＋Zoysia出涸らし10

アブラナ＋クローバー出涸らし
5

0
1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

日数【日】

グラフ９

アブラナ+お茶･出涸らし実験
お茶出涸らし実験Ⅱ(Poa)

20
18
16
Poa＋水

14

Poa＋Zoysia茶
12Poa＋クローバー茶
Poa＋Zoysia

10Poa＋クローバー
8
6
4
2
0
1

１)仮説
抽出した後の植物(お茶の出涸らし)には
水溶性のアレロパシー物質が水中に溶け出す為、お茶よりもアレロパシー効果は低く、除草効果は殆どない。
２)実験方法
①Zoysia japonica を細かく刻み、２g を
40℃～50℃で 88 時間抽出する。(今回の実験では、シバのアレロパシー物質がより早く、濃度を上げて抽出をし、出涸らしの不活性を示す為に前回よりも抽出温度をあげた)②Zoysia japonica の出涸らしを２g 取り、乾かす。
③Zoysia japonica の抽出液を一日に 50cc
与える条件、出涸らしを土に混ぜた条件、コントロールの条件を作り、Poa pratensisとアブラナの発芽率を観察する。

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

グラフ 10 Poa+お茶･出涸らし実験４)考察①Zoysia japonica 茶、Zoysia japonica 茶
出涸らしは共にアブラナ、Poa を除草する。
②クローバー茶、クローバー茶出涸らしは共にアブラナ、Poa を除草する。
③クローバー茶は Poa を強く除草することが示されたが、クローバー茶の出涸らしにはクローバー茶ほど大きな効果が出なかった。
④Zoysia japonica 茶出涸らしは強く Poa の除草をするが、アブラナにはあまり効果がない。
⑤Zoysia japonica のアレロパシー物質はゆっくりと水に溶け出すがクローバーのアレ
ロパシー物質は比較的短時間で水に溶け出す。このことにより、Zoysia japonica のア
レロパシーはシカの体内にあるあいだでは、十分に放出しないで、フンのなかに他の植７.参考文献[1]「統計学入門」、平林宏朗[2]「シカが育てるシバ草原」、 高槻 成紀[3]「植物とアレロパシー」
５．まとめ
http://www.pref.nara.jp/nogyous/nousou
な ぜ シ カ の フ ン を 入 れ た 容 器 に は Zoysia/midori-min
japonica 以外の植物が成長しないのだろうか？この疑問を解決するため、研究に挑んだ。 [4]「暖地型芝草におけるアレロパシーと雑草
そして、シカのフンを入れることによって植の抑制’99」、伊藤健一、浅野義人、千葉大学
物が成長しなくなるという現象を私が初め園芸学部、千葉大学大学院自然科学研究科て確認した。
[5]「火星居住のための昆虫を考慮した宇宙
紆余曲折した結果、シカのフンによる除草効
食の構想」、片山直美、山下雅道、和田果はシカのフンの中にある葉から放出して秀徳、三橋淳、宇宙農業サロン
いるアレロパシー物質だという結果を導き [6]「鹿愛護会 HP」www.naradeer.com
出した。Zoysia japonica の葉から放出しているアレロパシー物質は水溶性で、ゆっくりと ８.謝辞
この研究を進めるにあたり、奈良女子大
水に溶け出すためシカの体内にある間では、十分に放出せずフンとなって、シカが排出す 学生活環境学部植野洋志教授にご助言を頂る。この天然物質であるアレロパシー物質を きました。この場を借りてお礼申し上げま
利用してシカのフンから除草剤を作り出す す。
ことは可能だと思う。これには利点が２つある。第１には自然に優しい有機除草剤であること。第２にはフン中の種子による発芽により相乗効果があり、より遠く、より広くシバをグラウンド・カバーすることができる。
物を除草する効果のあるアレロパシーを残していると考えられる。

６．展望＊色々な種類の Zoysia japonica のアレロパシ
ー物質を特定したいと思う。また、校庭のシバであるバミューダ・グラスの除草剤も開発したいと思う。
＊植物のアレロパシーと動物のフン中の種を利用して、放牧により砂漠化している地域の飼料革命ができると思う。
＊これから、安芸の宮島もシカの為に芝生を植えようとしている。奈良公園の様に美しい
シカとシバの実現を、この研究を利用して遂行して欲しいと思う。
＊決められた期間と空間においての動物と植物を食料として生成していくことにも利用できるのではないかと考えられるので、宇宙農業開発などにも役立つと考えている。

ダイラタンシー
３年Ｂ組

中井

美嘉

３年Ｂ組

山本

奈都美

指導教諭

藤野

智美

１．要約
私たちサイエンス研究会地学班は、液状化現象について調べていたところ、「ダイラタン
シー現象」という言葉を知り、興味を持ったので本やインターネットを利用して調べてみた。また、実際にダイラタンシー現象を体感するための実験を行った。
キーワード

ダイラタンシー、レオロジー、ダイラタント流体

２．研究の背景と目的発見したことから、「レイノルズ現象」

地盤の液状化とは、埋め立て地などのと言われることもある。

水を含んだ砂の地盤で起こりやすい現

また、この現象が起きる流体を「ダイ象である。このような土地では砂粒ど

ラタント流体」という。ダイラタント流

うしの隙間に水が多く含まれている。

体は非ニュートン流体である。

地震等の振動によって砂地の地盤がゆ

ダイラタンシー現象は、片栗粉と水をるみ、並んでいた砂粒がばらばらの状

混ぜたものや、海岸などでよくみられ態で水に浮いて液体のようにふるまう。

る。能登半島の千里浜はこれであるた

これにより建物は地面に沈み、反対にめ、砂浜に自動車を走らせてもタイヤ地下にあったマンホールや地下鉄の駅が沈まずに、ちゃんと走れるのであが地上にでてくる等の災害が起こる。

る。

この液状化現象を調べていたところ、バラエティ番組で取り上げられるほど、ダイラタンシーという言葉を知った。

身近で親しみやすい現象だといえる。

調べてみると、この現象はレオロジーという分野に関係することがわかり、※物質の変形や流動に関する学問のこ

液状化現象との関わりが気になったのとを総じてレオロジーという。レオで、調べてみた。

ロジーは流体の粘性などを対象にしダイラタンシー現象とは、「普段は液た学問分野で、その代表がニュート体の性質を示すが、力を加えると一時

ン流体と非ニュートン流体である。

的に固体の性質を示す」現象のことであ

流体とは自由に変形できる気体や液る。力を加えることを止めると、また体のことで、その粘性というのは要液体の性質を示す。

するに流体の流れる上での摩擦抵抗

物理学者のオズボーン・レイノルズが（これはむしろ地学よりも物理に近いと言える）である。簡単に説明すする。

ると、ニュートン流体というのは、■作り方

加える力と物質の変形（流動）が比①容器に片栗粉をいれる。

例関係にある流体のことで、水や潤②片栗粉を入れた容器に水を加え、か滑油など身近にもよく存在する。対きまぜる。

して、非ニュートン流体は複雑な成③ダイラタンシーのできあがり。

分の流体で成り立つ現象であり、加握っている間はかたく、手を離すとドえる力によって粘度（流れる速さ、ロドロに溶けてしまう。

物体の固さ）が変わる。ダイラタン※もし出来上がったものが粉っぽかっ

シーは、この非ニュートン流体の性たり水っぽかったりした場合、必要質をもつ物体である。

に応じて水か片栗粉を加える。
手順の②でいきなり全ての水を入れ今回は、液状化現象ではなくダイラタン

ずに、少しずつ加えて様子を見ていけ

シー現象自体に焦点を当てて研究を行い、ば、水の入れ過ぎを防げるので、片栗

ダイラタンシー現象を体感して、この現粉の量に限りがあっても失敗すること

象はどうして起こるのか、原因は何なのなく作れて安全である。図１に作成時かを理解した。

の写真を掲載する。

３．研究内容（２）仮説（１）ダイラタント流体の作り方

片栗粉を水に混ぜるとダイラタンシー

ダイラタンシー現象は、料理をする人

現象特有のふるまいをした。調べた結ならだれでも見たことのある身近な現象

果、ダイラタンシー現象は片栗粉の粒である。水溶き片栗粉を作る際に、この子が最密充填に水中で並ぶために起き現象は多くみられる。

ているということがわかった。

つまり、ダイラタント流体を作るには、

そこで、私たちは他の粒子でもダイ

片栗粉と水を混ぜるだけでよい。この二ラタンシー現象は起きるのではないかつの割合は、情報源によってまちまちでと推測した。

あり、粉質によって必要な水の分量は変わってくる。

※最密充填とは、粒子間の隙間が最小になる粒子の並び方のことである。

■用意するもの

粒子は互いに結合されておらず、ま○容器（ボウルのようなもの。この中にた、変形できない。この並び方をした

ダイラタント流体を作る）

粒子は、縦からの圧力に弱い。リン

○片栗粉 200cc（適宜）ゴなどをピラミッド状に積み上げた○水

ものが最密充填構造に近い積上げ方

100cc（適宜）

片栗粉と水の比率はおおよそ２：１と

と言える。

図２

最密充填構造３）研究方法きな粉、砂糖、食塩、小麦粉、白玉粉、片栗粉、コーンスターチをそれぞれ水に混ぜて触り、様子を見る。
（４）研究結果
片栗粉とコーンスターチでダイタラン
シー現象が見られたのに対し、他のき
な粉、砂糖、食塩、小麦粉、白玉粉では見ることができなかった。
片栗粉とコーンスターチの水溶液はダ
イラタント流体である。
また、加える水の量によって結果は大きく変わった。水と混ぜることによってダイラタンシー現象を起こす片栗粉
も、水分が少なすぎると粉っぽくなり、流体にはならないのである。とはいえ、水を多く加えると上手くいくというわ
けではなく、ダイラタンシー現象を起こすためには適宜の水分量が必要であることがわかった。私達は、これをおおよそ水：片栗粉が３：２の割合であると考えた（ある程度比率が異なっても問題にはならない）。

４．考察
実験結果から、片栗粉とコーンスター
図１

ダイラタンシー作成の様子

チ以外にはダイラタンシー現象の起こ

る食品は身近に存在しないことがわかンである。しかし、こちらは粘り気のあった。

るタンパク質も含んでいるため、水を最初私達は、これは粒の大きさが原因

加えると粘りが出てしまい、ダイラタだと考えていた。しかし、海辺の砂でンシー現象は起きないのである。

も同様の現象が起こることから、粒の最密充填という粒子の構造自体、水にサイズが直接的には現象の発生の有無

溶けない微粒子によってできるものなと関係しないと考え、ダイラタンシー

ので、水に溶けてしまう食塩や小麦粉が起こるか否かは粒子の粒の大きさのでこの現象が起きないことは当然とも均一性と、粒子の並び方によって決まる

言えるだろう。

という結論に達した。

粉に加える水分量については、多すぎても少なすぎてもダイラタンシー現象＜片栗粉で成功した要因＞

は起こらないということがわかった。

先ほどの考察をもとに、片栗粉の粉について考えてみる。片栗粉は植物のデ＜ダイラタンシー現象の仕組み＞

ンプンを精製した調理用の粉である。

実験結果を受けて、ダイラタンシー現デンプンの粉は水に溶けない小さな粒

象の起こる仕組みを簡単に述べてみでできていて、その大きさが比較的均る。

一である。この性質から、先ほど述べ

ダイラタント流体に力を加える（外側た最密充填構造をとると考えられる。

から圧力をかける）と最密充填の粒子と最密充填構造でできる粒子間の隙間に粒子の間の隙間がなくなって、水分は水が入り込む。力を入れるとすき間が内側に閉じ込められる。それによって広がり、水が吸い込まれることで表面

物質の表面は固まり、外見は固体のよ

は乾いた状態になる。これによって固うになる。ダイラタント流体は固体に体の状態になる。力を緩めると隙間がなるのではなく、一時的に固体の性質狭まって、水が表面に流れ出る。これを持つのである。元々あった水分は、によって液体の状態になる。このよう無くなったわけではないので、力を緩な性質は片栗粉の大きさとその均一性

めるとまたすぐに滲み出てきて、物体によって引き起こされたと考える。

は流体の性質に戻る。
このとき、水分が少なすぎると、粒子＜その他の実験結果について＞

は自由動き回ることはできないので、今回の実験結果から、片栗粉とコーン

当然この現象は起きない。では、水がスターチの粒子の並び方は最密充填の多すぎる場合はどうだろう。粒子に対性質を持っているが、他の食品はそうする水の量が多くなってしまうと、粒ではないということがわかる。

子間の隙間が最も狭い最密充填にはな

小麦粉は見た目が片栗粉と似ており、らないので、ダイラタンシー現象は起

原料のほとんどは片栗粉と同じデンプ

きない。力を加えても（圧力をかけても）水が物体の内側に閉じ込められるこ

ひび割れる。これが一般にいうダイラとはなく、粒子の隙間から滲み出てしタンシーであり、今回実験を行った現まう。

象でもある。

ダイラタンシー現象は海岸や片栗粉のほか、水田などの泥沼でもみられる。

５．今後の課題

圧力をかけると固くなるため、上を走

今回わかったことは、ダイラタンシー

ることはできるが歩けない。力を入れという現象があり、またダイラタンシた瞬間は非常に硬くなるため、実際にー現象は片栗粉やコーンスターチ、あダイラタンシーの水田に飛び込んで、るいは海浜の砂といった限られた物質

怪我をしたという事例もある。

（即ち粒子の粒の大きさが均一に細かく、その粒の詰まり方が最密充填であ＜ダイラタンシーと液状化現象＞るもの）でしか起こらないことだ。

ダイラタンシーと液状化現象の関係性

ダイラタンシー（Dilatancy)とは、英については、今回調べた「ダイラタンシ

語で「膨らむ」という意味である。ダイー」と、「液状化現象としてのダイラタ

ラタンシー現象は水に溶けない微粒子

ンシー」はどちらも同じ現象だが、そのが一定の割合で最密充填に水と混ざっ起こる仕組みに違いがあるのではない

た流体に起きる。また、この水が多すかと考えた。

ぎても少なすぎてもこの現象は起きな調べてみたところ、物体の中の面に対い。

して平行方向に働く力を作用させるこ

ダイラタンシーと真逆の現象に、「チとにより、体積変化が生じる現象が「ダキソトロピー」というものがある。これ

イラタンシー」であるといえる。

はケチャップや底なし沼、ボールペン、

体積が収縮する場合は、変形によってペンキなどで起こる、ダイラタンシー

粒子が下方の隙間に充填する。粒子の以上に身近な現象だ。

混ざっている物質が水の場合は粘性がチキソトロピーとは、最初は固体だけ大きいので、粒子が他の粒子間の隙間

れど、掻き混ぜるなどして力を加えるの通過に時間がかかり、動きは複雑にと一時的に液体の性質をもつようにななる。すると、下へ沈む速度が遅くな

り、加えるのをやめるとまた固体に戻るため、一度水に浮いたような状態にる現象のことである。力を加えた時間、なる。このとき粒子同士の接触が無く強さによって流動の様子が変わる。

なり、液体のように柔らかくなる。こチキソトロピーは特にレオロジーの代

れが液状化現象である。

表的な対象である。これも非ニュート

一方、膨張する場合は、粒子間の隙間

ン流体の一種だ。

が拡大していく。粒子間の物質が水だ

液状化現象について調べるのと同時に、とすると、隙間が膨張しようとするた流体の特性を知るために、こちらにつめにそこに水が入らないので、表面がいても考えていきたい。

６．参考文献[1]「米村でんじろうのサイエンスプロダ
クション」

http://www.denjiro.co.jp/[2]国土交通省 北陸地方整備局「液状化現象とは？」
http://www.hrr.mlit.go.jp/[3]中日新聞http://www.chunichi.co.jp/[4]「化学の質問ありまへんか。」
http://www.chemistryquestion.jp/index.htm

７．謝辞
多忙にも関わらず貴重な時間を割いて私たちのために力添えをして下さった
藤野先生、誠にありがとうございました。

黄鉄鉱の秘密を探る
３年Ｂ組

小山

諒子

３年Ｂ組

古川

雄規

指導教諭

藤野

智美

１．要約
サイエンス研究会地学班はのいくつかのテーマに別れて研究活動を行っている。その 1 つのテーマが地質であり、実際に鉱物を採取し、その鉱物について調査した。ここでは、その報告を行う。
キーワード

パイライト、黄鉄鉱、硫化鉱物、大峠

２．研究の背景と目的

さらには、鉱石ラジオのキットを購入

普段、パワーストーンとして売られしたので、自分達の採集してきた鉱石をている鉱石は数多い。私達はそれらの使って、その鉱石ラジオを聴いてみたい

鉱石の中から、パイライトという独特とも思う。

の形や色をしたものに興味を持ち、何故このような形になるのか、また、こ３．研究内容の石の持つ性質は何なのかということ《黄鉄鉱とは》を調べてみたいと思った。

・特徴

パイライトは通称「愚者の黄金」(fool's

黄鉄鉱とは、硫化鉱物の一種であり、

gold：1872 年初出）とも呼ばれており、一番普通に産する硫化鉱物である。結

外観が金(Au)に酷似していることで有晶しやすい鉱物の一つで、その形は５名である。そのためかパワーストーン

角 12 面体、立方体が多い。正８面体

としては、金運が上がるという名目で売は比較的まれである。

られていることが多い。

英名である｢パイライト｣は、ギリシャ

また、鉱石ラジオに用いられること

語｢火｣を意味する｢pyr｣に由来する。こもあり、比較的ポピュラーであるとい

れは、黄鉄鉱をハンマーなどで叩くと火える。今回は実際に奈良県で黄鉄鉱の花を散らすことから名付けられた。

産地として有名である大峠という場所

何故立方体のような形になるのかといがあることを知り、この鉱物を実際に取うと、鉱物を形成する結晶が「等軸晶系」

りに行くことにした。さらに、採集したと言われるもので、原子やイオンが積み鉱物に対して、簡単な実験を行った。

重なってなってできた結晶が一定の形を今後はその検証方法を事例に基づいてしている（結晶の中に、長さの等しい軸調べていきたい。

が直角に交わっている）ので、黄鉄鉱は

自然条件下で見事な立方体を形成するこ滝」という駅で降りて数キロを歩いて登とができる。結晶の表面には条線があるった。

ことが多い。外観色は淡い真鍮色から黄９月６日、初めて大峠に行ったときは金まで様々でる。条痕色はほぼ黒の緑黒

登り始めて 30 分程度のところにある露色。硬度は６－6.5。比重は 4.95－5.10。

頭（以後、ポイント）でしばらく穴を掘

鉄よりも固いが、湿気には弱く非常に脆ってみたが見つからなかった。その後、くなる。

さらに 30 分程度登ったところに、広場のまた、何らかの原因で表面が分解され、ようなところがあり、そこの粘土質の露

褐色を示すことがあり、その鉱石は「武頭で数個の黄鉄鉱を採掘した。さらに少石（ぶせき）」あるいは「升石（ますいし）」し険しい山道を少し登ると、粘土質の部と呼ばれる褐鉄鉱として扱われる。

分が広く広がっており、そこで多数の黄ちなみに、黄鉄鉱と同じ化学組成式鉄鉱を採集できた。

(FeS2)を持つ、白鉄鉱という鉱石もある。
しかし同じ組成からどちらの鉱物ができるかは、生成の条件に大きく左右される。
低温でアルカリ性の場合には白鉄鉱が、高温で酸性の場合には黄鉄鉱が生成される。金属鉱石を掘っている鉱山で、この鉱石を産出しない所はまずないが、金属鉱山でなくとも、黄鉄鉱はあらゆる岩石に含まれている。温泉作用を受けて変質した岩の中、粘土や粘土質の岩石の中にできることも多い。さらにはアンモナイ

図１

大峠の位置

ト等の化石が黄鉄鉱化していることもある。

② 採集地の土の特長
大峠は非常に特徴的な土をしており、《大峠での採集》

普通の土とは違い、主に赤茶色や白色の①

粘土質の土があった。文献により調べた

採集地についてこれらの下調べのもと、私達は実際にところ、水分が非常に多いことと、その白黄鉄鉱を採集しに行くことにした。奈良色の粘土の色は黄鉄鉱の産地の特徴であ県での産地を調べたところ、奈良県桜井

ることがわかった。

市と宇陀市の間にある大峠という産地を見つけた。実際に行ってみると、すぐ近③ パイライトの他の産地との比較

くに大峠トンネルがあり、車では行きやパイライトは当然日本に限らず、条件

すいところだった。私達は、桜井駅からが整っていれば、世界中の鉱山で産出さ「談山神社」方面のバスに乗り、「不動れる。主な産地として、フランスのナブ

ハン鉱山(Navajun Mine， La Rioja)が挙げられる（図２）。写真で見る限りでは
赤茶色と白色の土の層があり、大峠と似ている。図３～図５に今回大峠で実際に採集してきた黄鉄鉱の写真を掲載する。
この写真からもわかるように、黄鉄鉱は基本の形を立方体として、様々な形を取
図５

ることがわかる。

黄鉄鉱

その４

今回私達が採集した黄鉄鉱は、粘土質の土の中から見つかった。
《粘土について》
黄鉄鉱が採れる場所にある粘土は何なのか、それはまだはっきりわかっていない
図２

ナブハン鉱山が、とりあえず可能性として次の２つの鉱物を挙げる。
・カオリン
中国江西省の景徳鎮近くの高嶺(高綾)から採掘される。白色粘土が優れた陶磁
器原料であることが広く知られてから、世界各地の同じような粘土は産地名の高嶺がなまってカオリンと呼ばれるように

図３

黄鉄鉱

その１

なった。その後、カオリンの主成分がシリカ(二酸化珪素 SiO2)、アルミナ(Al203)、
水(H20)であることが明らかになり、この３成分からできているカオリンは粘土のもっとも純粋なものと考えられ、鉱物名としても用いられるようになった。
カオリンの鉱物には、カオリナイト、ナクライト、ディッカイト、ハロイサイトという４種類の鉱物が含まれている。その中

図４

黄鉄鉱

その２

でもカオリナイトは、アルミニウムの含珪酸塩で、超微粒子の集合体として産出する「粘土鉱物」の代表的なものである。製紙、化学工業などに広く用いられている。凝灰石、長石などが変化してできる。白色塊状で吸水性があり、舌を吸い付ける。また、特有の臭いを持つ。

結果：何も起こらなかった。
Ⅲ．水酸化ナトリウムに浸す
結果：何も起こらなかった。
Ⅳ．ハンマーで叩く・セリサイト(絹雲母)
化粧品原料、また各種工業用原料に使用されているセリサイト（絹雲母）は粘土

鉱物で、雲母族に分類される、白雲母に近い化学組成持っている。
一般的に知られている絹雲母（セリサイトの特徴は微細で真珠光沢をもち、滑性を

結果：粉々になった。名前の由来である
はずの火花も出なかった。
Ⅴ．テスターを使って、電気伝導性があるかどうかを調べる
結果：場所によってはあるようだった。
Ⅵ．磁石を近づける
結果：何も起こらなかった。

有している。絹雲母（セリサイト）は白雲

Ⅶ．黄鉄鉱を金槌で砕いた粉末を水道水お母、金雲母等の雲母族の一種で肉眼ではほよび蒸留水に入れ、BTB 溶液の反応をみる

とんど見ることのできない微細な結晶で結果：どちらの場合も液性の変化はみらある。その名称は鉱物名としてではなく野れなかった。

外名として用いられている。絹雲母の成因は以下の３つが挙げられる。
・熱水の活動により生成されたもの
・変成岩中に生成されたもの
・堆積岩の続成作用により生成されたもの［考察］《Ⅰ、Ⅱの結果より》
黄鉄鉱は酸性の液中では非常に安定するということが確認できた。本来であれば、塩酸や硫酸は金属を溶かす性質を持ってなお、この持ち帰った粘土の判定方法といる。今回の結果より、合金になると金属して指感による判定がある。カオリナイト

としての性質が大きく変化するのではな

は比較的サラサラした感じであり、セリサ

いかと予想される。また、採取してきた水

イトなどの雲母粘土鉱物はツルツルした感の性質が酸性であったこととの関係性もじで、絹糸光沢を示すとされている。

あるように感じられた。

今回は土を採集してからかなりの時間が経っていたため、粘土が乾いてしまい、《Ⅲの結果より》

この測定はできなかった。そこで、黄鉄鉱

アルカリ性の液中では何か反応があると黄鉄鉱の産地の水を使って、以下のようかもしれないと仮説を立ててⅢの実験をな実験を行った。

行ったが、何の反応も見られなかった。
しかしこの３つの実験に関しては、反応【実験１】黄鉄鉱の性質を調べる

を見るまでの時間が短かったため、何の反Ⅰ．希硫酸に浸す

応もなかったと言い切ることは難しいと

結果：何も起こらなかった。
Ⅱ．塩酸に浸す

思うので、次回はある程度長い時間、液中に浸して実験を行ってみようと思った。

結果：酸性を示した。
《Ⅳの結果より》Ⅱ．粘土を採取した場所から少し下ったと４の結果からは、黄鉄鉱には金のようなころを流れている小川の水

展性や延性はなく、劈開もないことが確認

結果：弱酸性を示した。

できた。火花が散らなかったのは、黄鉄鉱の大きさか酸化が原因ではないかと考えら

Ⅲ．水道水
結果：中性を示した。

れる。
［考察］
《Ⅴの結果より》

この結果より、黄鉄鉱が産出する土壌は硫化鉱物にはたいてい半導体の性質が酸性であることがわかった。これは、文献あるらしいので、それが関連しているだろで調べた結果とよく一致している。また、うと考えた。

黄鉄鉱を塩酸や硫酸に浸したときの安定性とも強い関連性があると感じられる。

《Ⅵの結果より》鉄が磁石に引きつけられることから、黄４．今後の課題

鉄鉱も同じように磁石に引きつけられる

私達地学班は黄鉄鉱について興味を持と予想を立てていたので、少し意外だった。

ち、その性質について調べたが、詳細につそして黄鉄鉱の性質は、鉄と全く異なるといてはまだ調べきれていない。今後はこれいうことがわかった。

までよりも、電子顕微鏡などのいろいろな器具を用いてさらに深く調べていこうと《Ⅶの結果より》思う。

金属の粉末自体、水に溶けるわけではな

また今後の目標として、黄鉄鉱の成立過

いため、その性質は変化しないのではない

程を理解し、可能ならば黄鉄鉱の精製を行かと思った。また、蒸留水は、それ自身がってみたいとも考えている。

酸性を示したことが意外であった。これは、これらをより深く知るために、もう一度蒸留水が普通の水に比べて、二酸化炭素を採集地へ出向いたりする必要もあるであ溶かしやすい性質があるためであること

ろうし、より専門的な、鉱石という範疇をがわかった。

越えた知識も習得するべきだろうと考え
る。

【実験２】

黄鉄鉱の産地の水を調べる

以下の３種類の水について、その性質をパックテストによって調べたところ、
以下のような結果になった。

５．参考文献・サイト[1] 温泉の科学
http://www.asahi-net.or.jp/~ue3t-cb/b
bs/special/sience_of_hotspring/sience_

Ⅰ．黄鉄鉱を採取した粘土から出てきた水

of_hotspring_5-4-5.htm[2]｢楽しい鉱物図鑑｣、堀

秀道

６．謝辞
今回の活動において、藤野先生に多大なご指導を賜りました。本当に有難うございました。

ハイスピードカメラによる事象の撮影
３年 A 組 大鳥佐紀

３年 A 組

栗生

優芽

指導教諭

藤野

智美

１.要約
私たち地学班は、地学現象について研究している。活動にあたって、隕石の衝突など、実験できないものを別のモデル事象を使って擬似的に観察し、そこからシミュレーション
することを考えた。事象の変化の過程を細かく確認できると、より精密なシミュレーショ
ンを行うことができる。そこでハイスピードカメラの利用に辿りつき、現象を細かい区切りで撮影して繋げ、肉眼では確認できない細かい過程まで見ることができるようになった。
今回はその観察結果を報告する。
キーワード

ハイスピードカメラ、慣性の法則

２.研究背景地学現象といえば、隕石の衝突や火山のるという点で、このカメラはハイスピード
カメラと類似している。

噴火などが思いつく。しかしシミュレーシ

しかしこのカメラでは画質が悪いためにョンを実現させるのは難しい。そこで我々

細かい動きまで撮影することができず、よはそれらのシミュレーションとその撮影をって良い結果は得られなかった。

目標として、まずは撮影自体を練習するこ

そこで私たちは、もっと綺麗で詳細な画像とにした。そこで Ezvitual Can Demo といを得たいと思い、ハイスピードカメラを購う、パソコンに接続して使用する小型カメ

入した。

ラで、スピードを競うゲームの様子を何枚

よって、まずはハイスピードカメラを使いかの静止画として撮影し、それをパソコンこなせるよう、身近な現象をいくつか撮影に繋げて動画化した。

して、その現象の変化の過程を確認した。

このカメラは一秒間に数回、連続してシャッターを切り、動きをコマ切りにして静３.ハイスピードカメラとは止画像のかたちで記録するものである。

ハイスピードカメラとは、一瞬の動きを撮できあがった静止画をムービーメーカー

影することを目的としたものである。

で編集すると、紙芝居やパラパラ漫画のよ今回購入したものは CASIO EX-F1 とい

うなぎこちない映像になる。

う名前のハイスピードカメラで、その大き連写により、短い期間の動作を捉えるこな特徴として、一秒間に最大 1200 コマを撮とが出来るので、細かい現象の観察に適し影する機能がある。このようなハイスピーている。一瞬の出来事をじっくりと見られドカメラの用途として、スポーツ技術の研究などが挙げられる。例えば野球のスイン

肉眼で見ただけでは確認できない動きも記グをとっても、ボールの速さや向きとのタ録されるので、スポーツ技術の検証においイミング、打った後の軌跡などを、非常にて大きな役割を果たすと考えられる。

細かく研究することができる。撮影はこのようなスポーツ技術の研究に非常に適している。

《研究３》水風船を割る
風船が破裂したとき、その中の水は球体を維持したまま落下する。そして地面など

４.研究内容にぶつかり、下方から徐々に飛散していく。

プリンの落下、人の跳躍、水風船（風船の最初、球体を維持していたことには、慣性中に水道水を入れて膨らませたもの）の破の法則が関係していると考えた。

裂、液体に水滴を落下させたときの水面の様子を観察した。その機能により、非常に※慣性の法則短い間隔で現象の変化を観察することがで

慣性の法則とは、物体に外部からの力

き、できあがったスロー映像によって、普が働いていないときや、物体が受ける力段は確認できないような現象の変化を捉えがつりあっている状態のときに、物体がることができた。

今までの状態を保とうとする性質のことである。このとき、静止している物体は《研究１》プリンの落下

静止したままであり、動いている物体は、

プリンは皿の上に落ちた際、一度弾力を感今運動している方向に今と同じ運動をしじさせるような動きで浮き沈みし、それか続ける。つまり、この慣性という性質はらもとの形に戻った。その弾み方は非常に物体には本来その速度を保とうとする性

興味深く、このような硬さをもつ物体に同質があることを示している。

じ実験を試したとき、規則性があるかどう

慣性の法則の例として、乗り物の中でかなどを調べてみたいと思った。

ブレーキをかけると、体が前のめりにな

最終ページの図１にプリンが沈んだ後、まることや、エレベーターで体が軽く感じた跳ね上がったときの写真を示す。

たり重く感じたりすることがあげられる。
前者は、それまである方向に運動してい《研究２》人の跳躍た乗り物が急に静止したために起こる。

一人の生徒が段差から飛び降りる様子を乗っている人間は進行方向への運動状態撮影した。跳躍の際、直前で一度膝を曲げを続けようとするため、電車だけが止まて低く沈み、それから勢いよく跳躍する様

ると進行方向に倒れることになる。また子が見られた。

後者では、静止していたエレベーターがこの結果から、このカメラで細かく現象をいきなり上または下に動き出したために、検証できることができることがわかった。

乗っている人間がそれまでの静止状態を

このことからも、様々な面においてこのカ保とうとして、エレベーターの進む方向

メラの活用が期待される。先にも述べたが、とは逆の方向に力が働くため、体が重くあるいは軽くなったように感じることにったときの写真を示す。

なる。
今回の水風船の破裂の観察では、この慣

５. 今後の課題

性の法則を顕著に捉えることができた。風

今回、ハイスピードカメラを使用し、肉眼

船の中の水は、風船の形状に沿った球の形

では確認できないような瞬間的な事象を観をとって静止している。これは空気の圧力察し、そのために、ハイスピードカメラがと風船の内部からの力の関係によるもので適していることが確認できた。

ある。風船に針を刺して風船のゴムを破る

次はモデル実験による地学現象のシミュと、水は重力に引かれるままに落ちていく

レーションを行い撮影したい。そのためにことになる。この際に慣性の法則が成り立

シミュレーションにおけるプログラミング

ち、風船が割れても、はじめの一瞬はそれが必要となる。

までの静止状態を保とうとしているの様子

しかし私達はプログラミングのことにつがよくわかる。普段の肉眼での観察ではどいては全くの素人であるから、これからプ

れだけ目を凝らしても、この状態を確認す

ログラミングを学んでいく必要がある。

ることは難しい。自由に動き回るはずの液

プログラミングは決して簡単ではないだ

体が、受けた力を失っても慣性の法則に従ろうが、これから地道にやっていこうと思ってもとの形を維持しようとする様子を観っている。

察できたことが大変興味深かった。

７.参考文献・サイト《研究４》液体を張った容器の中に一滴の水滴を落とす
落とした液体は《研究３》のように球体[1]カシオ

オフィシャルサイト

http://dc.casio.jp/product/exilim/ex_f1/[2]｢高等学校

物理Ⅰ｣、啓林館のまま牛乳の中に落ち、その振動は水が落ちた場所（波源）を中心にして地震のよう

８.謝辞に同心円状に広がっていった。しかし、こ地学班の活動や、初めて論文を書くにあの振動は容器の端まで辿り着くとそこで消たって、藤野先生に多大なご指導を頂きまえてしまい、反射する様子は見られなかっした。この場をお借りして、御礼申し上げた。波が小さすぎたために観察できなかっます。

た可能性もある。このような小さな波紋も、
やはり同心円状に広がっていくことが確認できた。これは水面に広がる波に共通する性質であると考えられる。
今度液体を使って実験することがあれば、液体上に障害物を置き、広がった波紋に障害物がぶつかったときの現象を細かく観察したい。図３に液体表面を波が広がってい＜観察された事象

図１

図２

図３

＞

プリンの落下

水風船の割れた瞬間

液体に落とした水滴の波紋

高々度発光現象(スプライト)の観測
５年Ａ組

三口

雄大

指導教諭

藤野

智美

１．要約
私たちサイエンス研究会地学班のテーマの１つに高々度発光現象（スプライト）がある。
近年まで記録が難しかったスプライトは、今日の技術向上と高感度カメラの性能が上がったことによって研究が可能になった。そして今年、高知工科大学と全国 29 校の SSH 校が連携してスプライトの同時観測を行うことになり、私たちは本校を代表してこのコンソー
シアムに参加することとなった。ここではその活動内容と観測結果を報告する。
キーワード

雷、高々度発光現象、スプライト、同時観測

２．研究背景私たちがよく目にする雷という発光現象は、実は落雷のメカニズムの一部でしかしいことがほとんど分かっていないので、今回の同時観測による新しい発見が期待される。

ない。例えば、今回研究するスプライトは、落雷と関係の深い高々度発光現象の仲間で３．研究目的ある。高々度発光現象というのは、雷雲の先にも述べたように、本研究は高知工科

できる対流圏よりもさらに高い中間圏で発大学と全国の SSH 校が連携して行い、これ生する発光現象のことである。スプライト

によって世界的な成果を収めている。１つは、この高々度発光現象の１つである。雷の現象を同時に観測するという活動には、

よりもさらに高い位置で、ほんのわずかに

以下のような目的、意義があるといえる。

光る発光現象である。このほかにも、エルブスやブルージェットと呼ばれる数種類の〈今回の同時観測の目的〉

発光現象がこの仲間としてあげられる。

・発光メカニズムの解明

19 世紀初頭に存在が予測され、落雷に伴雷とスプライトの特徴の対応関係を詳細ってできると考えられていたが、発光時間に調べることで、スプライトの発光についが非常に短く、また、雲より高いところでてだけでなく、雷の発生メカニズムの本質

起きるスプライトは、その存在を確かめるにも迫ることができると期待される。

ことができず、単なる理論として見なされ・スプライトの持つスペクトルの確認てきた。しかし、最先端の技術によってそ分光観測を行い、スプライトがどのようれを確認する方法が確立したので、観測がな色で構成されているのか確認することにより身近なものとなり、研究が可能になっ

よって、発光のメカニズムや直接観測するたのである。スプライトについてはまだ詳ことが困難とされてきた中間圏の様子を予測することができる。

仮説が立てられる。どれも今回の同時観測

・立体像の解明の目的と意義に沿っているので、これらの多地点から観測することで花火が球状に仮説の真偽が観測によって明らかにされる

広がっていることが確認できるように、ことが期待される。

高々度発光現象の立体像を解明することが①スプライトの発生メカニズムは地上に同時観測によって可能である。これは、今落ちてくる雷や雷雲に帯電されている回の同時観測における最大の目的であり、電子と関係があるのではないか。

立体像は観測地点が増えるほど正確に予測②高々度発光現象のスペクトルに、大気中することができる。なお、立体像の確認は（それらが発生する中間圏）に存在する

世界的にも例がほとんどない。

粒子による色が見られるのではないか。
③本来、夏季に見られるはずのスプライト〈同時観測を行うことの意義〉

が、日本では冬季にも観測されるのは、・正確な観測結果を得る

地形や暖流などによるものではないか。

１つの発光現象を様々な位置から確認することによって、より正確にその姿をとら（２）研究内容えることができる。さらに、その現象の立〈高々度発光現象とは〉体的な像も得ることができる。
・発光現象を逃さず捕える

高々度発光現象というのは、雷雲のできる対流圏よりもさらに高い中間圏で発生す複数の観測者がいることで、発生が予測る発光現象のことである。スプライト、ハできない発光現象を確実にとらえることがロー、エルブス、ブルージェットなどが例できる。複数の学校が集まることで、それとして挙げられる。スプライトはニンジン

ぞれの欠点を補い合うこともできる。

の形をしたもの、それを束ねたようなカラ・スプライトの多発地域を特定する

ム状のものがあり、それぞれキャロット型、

日本は数少ない冬季のスプライトが観測

カラム状スプライトと呼ばれている。他にできる地域である。まだまだ未解明な部分

も縦に伸びている青い光をブルージェット、の多い日本の冬季スプライトの分布につい

さらに高度の高いところで発生する直径ても調べることができる。

300 キロメートルほどの光の輪をエルブス

・情報を共有すると呼んでいる（図 1 参照）。

始まったばかりの研究であるため、少し巨大な積乱雲でもせいぜい発生するのでも多くの情報を得て、それを共有するこは高度 10 キロメートルまでだが、この発光とが大切である。より多くの観測結果と情現象は 80 キロメートルにも達する。気球で報が得ることが新しい発見へとつながる。

さえも到達が困難となるほどの高さなので、観測は地面か宇宙からの観測に限られる。

４．研究内容さらに、発光時間が非常に短いため、以前（１）仮説はその存在を確かめることさえも、とても

現在、スプライトに関して以下のような難しかった。

図１

スプライト

しかし、アマチュアの観測者が偶然観測

図２

発光のメカニズム〈コンソーシアムでの活動報告〉に成功し、一気に注目度が増すことになる。

2008 年 11 月、SSH コンソーシアム高現在では、UFO キャプチャーという空中の知研究会（全 21 校が参加）へ出席した。

動体を検出できるソフトにより、この非常参加継続校各校の取り組み状況、結果、課に稀な現象を確実にとらえることができる

題を聞き、今後の観測活動について議論しようになった。そして、専門の研究者だけた。ここでは、今回のコンソーシアムでのでなく、高校生にも撮影が可能になった。

研究内容について詳しく述べる。

通常、雷は雷雲の中の負電荷を中和するために地面に落ちることが多い（図 2 の中Ⅰ．各校の取り組み状況

央より左側）が、稀に正電荷の中和に伴っはじめに、以前からこのコンソーシアムて発生することがある（図２の中央より右に参加している学校の現在の取り組み状側）。正電荷の雷の直後、気圧の低下により、況について発表があった。

電離している大気の、密度が局所的に高い
電離層と雷雲の間に下向きの強い電場がかかる。すると、正や負の電荷を持つ粒子は・長野県立諏訪清陵高校(成果)

41 事象 123 本スプライトを観測

その方向に移動しようとして大気中の粒子

し、愛知県立一宮高校との同時観測に成功にぶつかり、新しい電子を出すのだが、電した。

離層では連鎖的にこの反応が起こるため大(課題と考察) 観測の結果、日本海側で発量の電子が生成され、電流が生まれる。こ生するスプライトには冬季の能登半島に見れがスプライト放電の主なメカニズムであられるものが多い。また、スプライト観測

ると考えられている。

機器の応用として、流星の動画撮影、電波観測、太陽のプロミネンス観測に役立てる

ことができるのではないか。

い。

・静岡県立磐田南高校

・岡山県立一宮高校(成果) 観測中、偶然エルブスを発見した。
エルブスの３点同時観測に成功した。

(研究内容) 室内でのスプライト観測がう
まくいかないので、カメラの設置場に工夫(研究内容) 積分球を利用して、CCD カメをした。暗幕を利用して、夜間の室内でのラの特性を理解し補正することにより、ス

反射光がカメラに入らないようにした。ピ

プライトの正確な明るさを知ることができントを合わせるためにはまず、比較的明るた。鳥取県沖で観測したエルブスについて

い流星が写るようにして、そこから微調整算出した結果、その形状は北に長い楕円形をしていくようにする。

であり、日本海上約 90 キロメートルであった。

(課題と考察) スプライトの観測できる時期は少ないので、失敗の原因を追及するこ(課題と考察) エルブスの３点同時観測はとや今回のコンソーシアムをとても大切に

史上初であり、その高度は予想されているしている。早くスプライトの存在を確認で平均高度とほぼ一致した。次は、観測点のきるようになりたい。

高度も計算に入れて、より正確な高度を算出したい。落雷のタイミングがエルブスの以上は、今回までの参加校の発表の一部発生と同じであることから、低気圧や前線である。各校、得られた結果は様々なものなどにより発生する雷雲と関係があるのでであるが、彼らはそれぞれしっかりとしたはないかと考えている。今後は、気象状況考察を持っている。充分な成果が得られなとの関係についても調べていきたい。

かった高校でも、その失敗を次に活かせる
ような工夫をしているようだった。発生が・鹿児島県立錦江湾高校(成果) 35 事象 111 本スプライトを観測した。
(研究内容) 九州での観測例がなく、カメ多発する地域、季節が特定できている高校もあり、本校のこれからの観測においてもとても役立ちそうな技術や工夫もたくさん見られた。

ラを北方向にむけていても、発見することができなかったので南九州の上空を観測しⅡ．今後の課題

たところ、屋久島付近でスプライトを観測

発表での課題、後の議論で生まれた課題をできた。

まとめると、以下のようになる。本校で観(課題と考察) 観測されたスプライトは屋

測するときにも注意したい。

久島上空であることから、雷雲の発生と屋久島の地形に関係があるのではないか。カ

・カメラの保護メラを南に向けていると、直射日光が入りカメラを南に向けると直射日光が入りややすくなるために高感度カメラが壊れてしすくなってしまう。ほかにも屋外で観測すまうのかもしれないので、工夫していきた

るとき、雨や風からカメラを保護する方法

について考えたい。

今回からは観測点を太平洋側にも設けて、・カメラの微調整

全部で６点（O、Z、U、S、K、Y）行うこ

スプライトをしっかり捉えるには微調整とになった。本校の同時観測点は（Z）であが必要不可欠である。それについては、会る。観測地点の分布図を図３にのせる。

議の後半で説明があった。
・スプライトと気象状況との関係〈電波観測について〉

落雷のタイミングが発光現象と同じであ同時観測の規模が以前のコンソーシアム

ることから、低気圧や前線などにより発生よりも大きくなって、カメラによる撮影だする雷雲と関係があるのではないか。

けでなく雷や高々度発光現象から発生する・同時観測で得られる立体像について

電波も観測しようという意見が出てきた。

今まではエルブスはきれいな同心円状の輪であると考えられてきたが、観測によっ〈カメラの微調整について〉て得られた立体像は楕円であった。これか①角度

らの同時観測の意義として立体像の解明がスプライトはとても高い高度での現象なあげられた。

ので、ある程度離れていても撮影ができる。

・スプライト観測機器の応用

しかし、離れるほど仰角が小さくなってい

高感度カメラをこのためだけに使用する

くので山や建物に隠れやすい。奈良は盆地のはもったいないので、他のことにも使っではあるが観測点が近いので、撮影ができて役立てたい。

るであろうと考えられる。撮影ができない
ところは、電波観測に移行する。

Ⅲ．コンソーシアムを終えて②しぼり

今回のコンソーシアムは、新規参加校がスプライトはとても明るい発光現象なの

スプライトの同時観測を行うための説明会で、ある程度しぼりをしぼっても撮影がででもあり、配布された資料だけではわからきる。発光現象と同時に起きる雷の光が強ないことや参加者の活きた経験を参加する

いので、観測点に近い観測者は注意しなけことによって聞くことができた。それを受ればならない。しかし、あえてその雷を撮けて、以下の点についてまとめる。

ってみるのも新しい発見につながることかもしれないので、いろいろ試してみたい。

〈観測点について〉③ピント

北陸地方では、地形により、冬季の雷雲

ピントが観測点に合っていないと、スプの発生やスプライトの発生することが多い

ライトははっきり写らない。そこで参加校とされている一発雷の数が比較的多いので、からのアドバイスがあった。始めは流星が前回までの観測点は日本海上に３点（西かとれるくらいにしておいて、そこから徐々ら O、Z、U）であった。しかし、鹿児島県に写っているスプライトにピントを合わせ

立錦江湾高校によるの屋久島付近の上空でるようにしていくといいそうである。

のスプライトの報告や参加校の増加により、他にも動体検出ソフト UFO キャプチャ

ーの感度のせいで、虫や鳥が写ってしまう

測が始めていく。本校は、同時観測点（Z）

ことがあるということなど、さまざまな経に向けてカメラを設置することになってい験談を聞くことができた。なお、図４に今る。初めは角度、ピントを合わせるために、回使用する高感度 CCD カメラの写真をの定期的に画像を確認して UFO キャプチャせる。

ー（動体検出ソフト）やアナライザー（観測したスプライトを分析するソフト）の使い方に慣れる。
コンソーシアムによると、１月頃からス
プライトの観測報告が出始めるらしい。できるだけたくさんの事象を確認できるように工夫を重ねる。
その後、観測したスプライトについて考
図３

観測地点の分布察して、研究結果をまとめる。その際に他校の結果と考察も参考にして、自分の成果の評価、反省をする。さらに今後の観測について議論する予定である。
（２）まとめコンソーシアムではたくさんの学校が集まり高々度発光現象・スプライトの謎を

図４

CCD カメラ次々に解き明かしている。本校でも、結果が残せるような観測をしたい。

５．考察
それぞれ工夫をしながら、すでに観測に成功している高校もたくさんあるようだった。このコンソーシアムは海外で発表された世界的な結果や史上初の記録などをたくさん残している。本校は新規参加校
として、12 月ごろから観測活動を行って

７．参考文献[1]「スプライト観測ハンドブック 2005」、
http://www.astro-hs.net/[2] 東北大学スプライト研究グループ
http://pat.geophys.tohoku.ac.jp/thermo/sprites/whatissprite.htm

いく予定である。今回の説明会でそれについての知識をしっかりと身につけたので、今後の観測活動で活かしていきたい。

８．謝辞
今回の研究にあたって、ご指導してくださった藤野先生、他校の研究協力者の６．今後の課題とまとめ（１）今後の予定
コンソーシアムで得た情報を生かし、観方々に深く感謝いたします。

第

Ⅱ

部

活 動 報 告「サイエンス夏の学校」参加報告
２年Ｃ組

清水

悠平

指導教諭

矢野

幸洋

１．要約
１，２年生 33 名が和歌山県白浜町の京都大学瀬戸臨界実験所およびその周辺で、専門の先生から磯の生物や地質について講義を受け、数学を学んだ。これらにより自然科学の研究方法を学ぶことができた。
キーワード

磯の生物、地質、数学、協同、交流

２．研究の背景と目的
私は去年「サイエンス夏の学校」に参加し、そのときに海の生物、地質などを間近で見てすごいと思った。そして友達と一緒に寝泊りできたことが楽しかった。そのたほかにウニ、ナマコなどについて調べた。

現地では磯に行きたくさんの生物を捕まえ、観察した。
さらに、実験室へ採集物を持ち帰り、詳しく観察・実験した。

め今年も参加しようと決めた。
今年度も夏の学校に参加して、たくさんの生物や特色ある地層などを見学した。これらを見学するのも「サイエンス夏の学校」の目的だと思うが、もう 1 つ大きな目
的があると思う。それは１，２年生が交流することだ。

３．研究内容（１） 磯の生物観察と水族館見学

図１

磯での観察と採集

図２

実験室での調査

僕たちの班は海藻について調べました。
海藻は根、茎、葉の区別がなく、多くの胞子で増える「植物」の仲間である。海産の種子植物も少ないながら存在するが、それは「海草（うみくさ）」とよばれ、生息場
所なども海藻とは異なる。海藻は、体の色が緑色の「緑藻」、茶色の「褐藻」、赤色の「紅藻」の３種類に分けられ「緑藻」は浅いところに、「紅藻」が最も深いところまで生息するといわれている。

（２）地質観察

地質観察では実際に白浜の海岸に露出している地層に行き、地層のスケッチをした。
１枚の地層がどこまでつながっているか追いかけたり、泥岩岩脈や小断層を見つけてスケッチした。
また、千畳敷にいき立体的 に地層を観察したり、連痕・葉理・級化成層の見ら

図４

数学実習

れる地層を観察した。
４．考察－何を学んだか－

普段あまり接することがない他学年との交流が印象的だった。ともに研究をし、話し合うことで先輩後輩の関係ができ、信頼関係もできると思う。この関係は社会人になっても必要だろう。
また夏の学校は、普段学校では習べない
ような内容を、恵まれた環境で身近に学ぶ
図３

地層の観察

場でもある。また一方では、先輩後輩がともに生活をする場でもあった。

（３）数学実習
数学実習では数字２つとその間の数字

５．今後の課題を掛け合わせた数を２つ用意し、それらの今年の夏の学校でのスケジュールは結構和を求める活動をした。（たとえば１，５窮屈だったと思う。窮屈にするのではなく、と２，５の数字があると１×２×３×４×

間に自習の時間を作り、実際に研究にし、

５と２×３×４×５の和を求める。この場疑問に思ったことや、興味深かったことを合答えは 240 となる。）この答えをいかに各自で調べ、より理解ができるような時間

簡単に求めるかを考える活動だった。このがほしかった。来年はぜひ実現してほしい。

授業は普段学校でやっているような代数などとは違い、発想力が必要な問題だった。

６．謝辞

だが、あきらめることなく自力で問題を解実験所で主に磯の生物の指導していただ

くことができ、自分なりの解き方を導き出いた宮崎先生および、地質の説明に来てくすことができた。

ださった本校の元教諭屋鋪先生には深く感謝します。

「NSL 講座」参加報告
４年Ａ組

西口真悠子

４年Ｂ組

糸山

４年Ｂ組

前田真里花

指導教諭

藤澤

育子

指導教諭

野上

朋子

和香

■全体の概要2008 年８月 22 日(金)～27 日(水)の５日間、SSH プログラム「NSL 講座」に参加した。
今年度のテーマは「タンパク質」であった。NSL 講座とは、「自然科学リテラシー(Natural
Science Literacy)」の頭文字をとってつけられた講座であり、３，４年生を対象に集中講義形式で行わるものである。今年度の日程を以下に示す。
テーマ：「タンパク質について」
日

時

場所

講師（所属）

内容

8 月 22 日(金) 本校

藤澤育子先生

オリエンテーション

9:00～12:00

野上朋子先生講義「タンパク質とは」（本校教諭）

実験「タンパク質の性質」

8 月 23 日(土) 奈良女子大学

中澤

講義「ヒトはなぜタンパク質を食べる

9:00～16:00（奈良女子大学

化学教室

理学部

隆先生

理学部教授）のか」
実習「タンパク質がタンパク質を分解する」

8 月 25 日(月) ( 株 ) ペ プ チ ド 西内祐二先生
9:00～16:00

研究所

講義「命を支えるアミノ酸・ペプチド・タンパク質」（ペプチド研究所研究部長）

実験「対掌体(味・におい)のデモンス
トレーション的な紹介」
講義「タンパク質化学の歴史」

8 月 26 日(火) 奈良女子大学

植野洋志先生

9:00～16:00（奈良女子大学 実験「タンパク質の定量法、酸加水分

生活環境学部解、アミノ酸分析、SDS-PAGE など」

生活環境学部教授）
8 月 27 日(水) 奈 良 女 子 大 学 小林 毅先生
9:00～12:00

理学部

講義「『空間の向き』と鏡の世界」（奈良女子大学
理学部教授）

参加者は３年２名、４年 12 名の合計 14 名であった。

NSL 講座(１日目)参加レポート
４年Ａ組

西口真悠子

１．概要
2008 年８月 22 日(金)、NSL 講座「タンパク質とは」(講師：奈良女子大学附属中等教育
学校教諭 藤澤育子先生)に参加し、タンパク質について学んだので、以下に報告する。
講義：タンパク質やそのタンパク質を構成しているα－アミノ酸の構造や性質などについて、様々な角度から学んだ。
実験：卵白を用いて、構成元素の検出方法や呈色反応、変性の実験を行うことでタンパ
ク質の性質を確認した。
キーワード

タンパク質、アミノ酸、ペプチド結合

２．講義内容れる(ただし、Ｒはいろいろな原子団であ(１)タンパク質とはどんなものかる)。

α－アミノ酸がペプチド結合した形の生体高分子化合物である。核酸(DNA)ととも①アミノ酸の性質についてに生命の根源をなす重要な物質で炭素、水・ グリシン(R－が H)以外のα－アミノ酸

素、酸素、窒素、硫黄などの元素を含んでには、不斉炭素原子があるため、光学異おり、身体の大部分や酵素、ホルモン、抗性体がある。天然のタンパク質中のα－体等もタンパク質でできている。

アミノ酸はほぼ一方のＬ体に限られている。

(２) α－アミノ酸とは何か
分子内にアミノ基(－NH₂)とカルボキシ基(－COOH)をもつ化合物をアミノ酸※光学異性体：図１のような、互いに鏡像の関係にあり、重ね合わせることのできない構造をもつ鏡像体。

という。アミノ酸の一般式は次のように示される。
R－CH(NH₂)－COOH(Ｒ－：炭化水素，水素など)同じ炭素原子に２つの官能基が結合しているアミノ酸をα－アミノ酸という。
α－アミノ酸の構造
式は右のように表さＨ
ｌＲ－Ｃ－ＣＯＯＨ
ｌ
ＮＨ2

図１
また、鏡像体は、融点・沸点、密度、溶解性、化学的性質も等しいが、施光性(光の偏光面を回転させる性質)のみが異

よって固定されているので、らせん構造

なり、生物体に対する作用が異なるのがであるα－へリックス構造をとる。また、一般的である。

分子間の水素結合により形成された構造

・アミノ酸は、極性溶媒の水には溶けやす
いが、無極性の有機溶媒には溶けにくい。

はβ－シート構造と呼ばれる平面状の構造となる。

・分子内に酸性のカルボキシ基と塩基性の・３次構造：ポリペプチドの鎖はその側鎖アミノ基をもつため、塩基とも酸とも塩に働く作用やジスルフィド結合などの影をつくる両性化合物である。

響で複雑な立体構造をもつ。

②アミノ酸の検出方法：ニンヒドリン反応(５)タンパク質の性質

アミノ酸にニンヒドリンの水溶液を反応①塩析：水に溶けると親水コロイド溶液とさせると、青紫～赤紫に呈する。遊離しなり、多量の塩類を加えると塩析する。

たアミノ基をもつアミノ酸やタンパク質②変性：加熱や酸によって凝固する性質。

の検出に利用される。

これは、ペプチド鎖間の水素結合や相互作用が変化し、タンパク質の構造が変化(３)ペプチド結合とはするために起こる。

アミノ酸のカルボキシ基が別のアミノ基③ビウレット反応：タンパク質水溶液に水と脱水縮合して、アミド結合(－CO－NH

酸化ナトリウム水溶液と硫酸銅(Ⅱ)水溶－)を形成することによって、アミノ酸がポ液を加えると、紫色になる反応。これはリマー(高分子化合物)となり、タンパク質

ペプチド結合が２つ以上あるトリペプチを形成する。このアミド結合をペプチド結

ド以上に起こる反応でタンパク質の検出合とよぶ。２分子のアミノ酸が縮合してでに用いられる。

きたものをジペプチド、３分子でできたも④キサンプロテイン反応：タンパク質水溶のをトリペプチド、10 個以上でできたもの

液に濃硝酸を加え加熱すると黄色になり、をポリペプチドという。

水酸化ナトリウムを加え、塩基性にすると橙色になる反応。これは、ベンゼン環(４)タンパク質の構造
タンパク質はアミノ酸の重合体(ポリマー)ある。

をもつタンパク質にみられる反応で、ベンゼン環がニトロ化するために起こる現象である。

・１次構造：タンパク質を構成しているア⑤窒素原子の確認方法：タンパク質に濃水

ミノ酸の配列順序。同じ種類のタンパク

酸化ナトリウム水溶液を加え加熱させ、質では、構成するアミノ酸の種類、配列

アンモニアを発生させることで、タンパが決まっている。

ク質中の窒素原子の存在が確認できる。

・２次構造：分子のポリペプチドの鎖はペ⑥硫黄原子の確認方法：⑤の反応後に酢酸

プチド結合している１つのアミノ酸の－鉛(Ⅱ)水溶液を加え、黒色沈澱である硫

CO－基とそのアミノ酸から４番目のア

化鉛(Ⅱ)が生じれば、タンパク質中に硫

ミノ酸の－NH－基との間の水素結合に黄原子が含まれていることがわかる。

(６)タンパク質の分類

れぞれ３ml ずつとった。

・単純タンパク質：加水分解でα－アミノ酸が得られるもの。アルブミン(卵白)、（２）成分元素の検出

ケラチン(髪、爪)、フィブロイン(絹糸)①卵白水溶液 A に水酸化ナトリウムを２，など。

３粒加え、沸騰石を数粒加えて、２～３・複合タンパク質：加水分解でα－アミノ

分間煮沸させた後、試験管口に水で湿ら

酸、糖、リン酸、色素なども得られるもせたリトマス紙を近づけた。

の。ムチン(唾液)、カゼイン(牛乳)、ヘ②次いで、濃塩酸をつけたガラス棒を近モグロビン(血液)など。

づけた。
③冷却後、酢酸鉛(Ⅱ)水溶液を水滴加え

(７)酵素

た。

酵素とは、生体内の種々の化学反応を触媒する機能をもつタンパク質。主成分はタンパク質。

（３）呈色反応①ビウレット反応
卵白水溶液 B に、６㏖/l 水酸化ナトリ

３．実験「タンパク質の性質」
タンパク質の代表として卵白を用いて、ウム水溶液を１～２滴加えて振り、さらに硫酸銅(Ⅱ)水溶液を１滴加えて振った。

その構成元素や変性、呈色反応などの化②キサントプロテイン反応

学的性質を調べた。

卵白水溶液 C に、沸騰石を数粒加えて、[実験器具]

濃硝酸を 0.5ml 加え加熱する。冷却後、試験管、試験管はさみ、ビーカー(100ml)、

６mol/l 水酸化ナトリウム水溶液を加え

駒込ピペット、ガラス棒、薬さじ、マッてアルカリ性にした。

チ、沸騰石、ガスバーナー、防護メガネ③ニンヒドリン反応[実験薬品]

卵白水溶液 D に、沸騰石を数粒加え、卵白、塩化ナトリウム、粒状水酸化ナト

0.5mol/l 水酸化ナトリウム水溶液を１ml

リウム、0.5mol/l 酢酸鉛(Ⅱ)水溶液、水加えて、数分間加熱し、さらにニンヒド

酸 化 ナ ト リ ウ ム 水 溶 液 ( ６ mol/l 、リン水溶液を数滴加えて穏やかに加熱し、0.5mol/l)、0.5mol/l 硫酸銅(Ⅱ)水溶液、色の変化を観察した。

濃硝酸、濃塩酸、エタノール、１％ニン
ヒドリン水溶液、赤リトマス紙（４）タンパク質の変性[実験操作]①卵白水溶液 E を穏やかに加熱した。

（１） 卵白をビーカーにとり、約６倍の水②卵白水溶液 F～I に酢酸鉛(Ⅱ)水溶液、に加えて激しく攪拌する。これに塩

硫酸銅(Ⅱ)水溶液、濃塩酸、エタノール

化ナトリウムを少しずつ加えて激をそれぞれ１～２ml ずつ加えて変化を観しく攪拌し、透明な卵白溶液をつり、察した。

この溶液を９本の試験管 A～I にそ[結果]NH₃＋HCl→NH₄Cl○操作（２）A. 卵白を NaOH で分解後、
実

験

操

作

結

果

という反応が起こったと考えられる。

① リトマス紙を近づける

青色に変化

・操作（３）でのビウレット反応の結果か② 濃塩酸を近づける

白煙が出る

ら卵白のタンパク質中には、トリペプチ③ 酢酸鉛(Ⅱ)を加える

黒色沈澱

ド以上のペプチド結合があると考えられる。また、キサントプロテイン反応から○操作（３）
加えた試薬

結

果はこのタンパク質中にベンゼン環がある
ことがわかる。

B.ビウレッ

NaOH

変化なし

ト反応

CuSO₄

紫色に変化

・操作（４）の結果からタンパク質の変性

C.キサント

HNO₃

黄色に変化

は、強い酸やアルコール、重金属イオン

プロテイ

NaOH

オレンジ色

や熱が加えられたときに起こると考えら

に変化

れる。

ン反応
D.ニンヒド
リン反応

ニンヒドリ

薄い黄色→

ン水溶液

黒色→透明
な黒色

作

今回、この講義に参加して、今までよく耳にしていたタンパク質というものがどう○操作(（４）操

４．この講義に参加した感想

結

果

E.加熱

白色に凝固

F.酢酸鉛(Ⅱ)

白色に凝固

G.硫酸銅(Ⅱ)

緑色の液体に白色に凝固

H.濃塩酸

白色に凝固

I.エタノール

上が白色に凝固いうものであるか、どんな性質があるのか、何に含まれているのかなど、これからタン
パク質について学んでいく上で必要となる知識をたくさん学ぶことができた。
今までタンパク質について学習したことのなかったので、次の日からの発展した講義を聴く上での強い味方となってくれる知識を得られ、さらにもっとタンパク質について学んでいきたいと思える充実した内容の講義だった。
特に、タンパク質の性質を実際に確かめる実験は、机上の学習だけでなく、自分の目で反応を見ることができ、タンパク質の面白さ、化学の面白さを実感することができた。
この講義で感じた、もっと学んでいきた［考察］
・ 操作（２）の結果から、卵白のタンパ
ク質には窒素が含まれており、また②の反応でいという思いを胸に、これからも化学について、タンパク質について学習を進めたいと思った。

NSL 講座(２日目)参加レポート
４年Ｂ組

前田真里花

１．概要
2008 年８月 23 日(土)、NSL 講座「ヒトはなぜタンパク質を食べるのか」(講師：奈良女子大学理学部教授 中沢隆先生)に参加し、タンパク質について学んだので、以下に報告する。
講義：なぜタンパク質が研究され始めたのか、なぜヒトはタンパク質を摂らなければならないのか、タンパク質はどのように分解されるのか、などについて考えた。
実験：身近なさまざまな食材を用いて、実際にタンパク質の分解や、塩析を行った。どのような場合は分解しないのか、なども学ぶことができた。
キーワード

Perutz、タンパク質、分解、酵素、塩析

２．講義内容なエネルギーが必要になる。それに対して(１)Perutz(ペルツ)

体内で消化する場合にはほとんどエネルギ

タンパク質を最初に研究し始めたのはイ
ギリス人の Perutz である。タンパク質のーを使わないので、人間の体は大変に効率がよいと言える。

ないところに生命はない、タンパク質の構造がわかれば生命の神秘がわかるのではな

３．実験

いか、ということで研究を始めた。そして（１）ゼラチン(コラーゲン:タンパク質)

現在、地球上すべての生命がタンパク質を有していることがわかっている。

と葛粉(デンプン)の酵素による消化実験。
［操作］①ゼラチン、葛粉をそれぞれ温水に溶か(２)タンパク質の分解
酵素はタンパク質でできている。すなわ
ち、タンパク質を分解するのはタンパク質してから室温に放置して適当な容器(３個)の中で固める。
②固まったゼラチンにＡ～Ｃをそれぞれである。食べ物のタンパク質は体内で酵素加えて軽く混ぜ、様子を見る。

の働きによりアミノ酸になり、別のタンパ

Ａ.生パイナップルの小片１切れ

ク質に作り変えられるので、コラーゲンをＢ.缶詰パイナップルの小片１切れ食べたからといってコラーゲンを体に補充

Ｃ.Ａをレンジで３分加熱したもの

できるわけではない。
ちなみに、タンパク質を化学反応でアミ③固まった葛にＡ～Ｃをそれぞれ加えて軽く混ぜ、様子を見る。

ノ酸に分解するためには pH１以下の６mol

Ａ.生パイナップルの小片１切れ

塩酸、110℃で６～12 時間加熱という大きＢ.タカジアスターゼ(消化酵素剤)

Ｃ.唾液
［結果］

加えていく。
④②で出てくる固形物をガーゼでろ過し、ゼラチン固形物を元のコップに戻す。これに始め

Ａ：ゼラチンが溶けて液体になった。

とほぼ同量の水を加えてよくかき混ぜる。

Ｂ：変化なし。
Ｃ：少しだけゼラチンが溶けた。
葛⑤④でできた混合物とコップＣにパイナッ
プルの小片を加えてしばらく様子を見る。
［結果］

Ａ：少し溶けた。

②白い固体ができた。

Ｂ：完全に溶けた。

③白くどろどろしたものができた。

Ｃ：少し溶けた。

④固形物は水に溶けなかった。
⑤④は溶けたが、Ｃは変化なし。

［考察］
ゼラチンの実験から、生パイナップルは［考察］タンパク質の分解酵素をもち、缶詰パイナ

これは Perutz の時代にタンパク質を得

ップルは分解酵素をもたないということがる方法だったそうだ。卵に NaCl を加えるわかった。Ｃが少ししか溶けなかったのはことにより、タンパク質が塩析する。

加熱したために酵素の構造が変化し、活性②で白い固体ができたのはゆで卵の白身のがなくなったためと考えられる。

ようなもの。③はタンパク質が塩析したの

葛の実験からは、生パイナップルよりもだろう。⑤－④が溶けたことより、④でで唾液、唾液よりも消化酵素剤の方が消化をきた混合物がタンパク質であったことが確促進するということがわかった。

認できた。

（２）塩析実験［操作］①卵白に、ほぼ同量の水を加えてほぼ一様になるまで静かにかき混ぜ、これを３つのコップＡ,Ｂ,Ｃに分ける。
②Ａをレンジで加熱。
③Ｂに食塩を静かにかき混ぜながら徐々に

NSL 講座(３日目)参加レポート
４年Ｂ組

前田真里花

１．概要
2008 年８月 25 日(月)、NSL 講座「命を支えるアミノ酸・ペプチド・タンパク質」(講師：
ペプチド研究所研究部長 西内祐二先生)に参加し、タンパク質について学んだので、以下に報告する。
講義：生命を支えているタンパク質について、それが生命の中でどのように機能しているのかを中心に学んだ。
実験・見学：アミノ酸を実際になめて、Ｌ体とＤ体による味の違いを体感した。その後、メイラード反応によるにおいの体験、酵素によりペプチド結合を切断する実験、を順に行い、最後にペプチド研究所内を見学させていただいた。
キーワード

アミノ酸、タンパク質、ペプチド、糖

２．講義

い、カルボキシル基の方の末端は「Ｃ末(１)アミノ酸とは端」という。

アミノ酸とは、私たちが生きるために不可欠なタンパク質をつくる部品である。構・２次構造：次の２種類がある。水素結合による。

造式は下図のようになり、アミノ酸の性質

α－へリックス構造：らせん状の構造。

は側鎖(Ｒ)で決まる。

β－シート構造：平面的な構造
・３次構造：R－の疎水結合によりさらに折りたたまれ、中央に疎水性の部分、表面には親水性の部分を位置し、３次元的体内で合成できるものを非必須アミノ酸といい、できないものを必須アミノ酸という。

構造になる。
・４次構造：タンパク質分子が複数、疎水結合により会合して初めてタンパク質の機能を発揮する。

(２)タンパク質の構造・１次構造：アミノ酸の配列のこと。

例えば、狂牛病(BSE)の原因はプリオンというタンパク質であり、β－シート構造が増えると感染型プリオンタンパク質になることもわかっている。
(３)タンパク質の生体内での働き

アミノ基の方の末端を「Ｎ末端」とい・タンパク質が原料となる。アミノ酸の性

質がタンパク質の性質を決定する。
・アミノ酸誘導体となり、ホルモンなどの働きをもつ。
・ペプチド、タンパク質、ホルモン、ステロイドなどになる。

３．実験（１）ペプチドの味見(a)何種類かのアミノ酸を実際になめることでＬ体とＤ体の味の違いを学んだ。例
えば、グルタミンの場合であれば、Ｌ体

・アミノ酸の生体内での流れは次のとおり。

は塩味と苦味、Ｄ体は甘味があることを食物として摂取されたタンパク質は消化体験した。Ｌ体とＤ体で味が全く違うもされてアミノ酸となり、腸管から吸収さのもあり驚いた。

れて肝臓に運ばれ、組織タンパク質などの原料となる。下図のようにアミノ酸は体内で再利用されるのである。

(b) アスパラギン酸とフェニルアラニンからなるジペプチドの甘味料であるアスパ
ルテームと、ショ糖、グルコースを実際になめてみた。アスパルテームはショ糖の 200 倍の甘さであるが、カロリーは 60分の１なのでダイエットコーラにも用い(４)生理活性ペプチドられている。

生体内において生理的作用を及ぼすペプ
チドを“生理活性ペプチド”という。ホルモンとしての情報伝達、神経系の制御など、体内の正常な機能を維持する役割がある。
ドーパミンは幸せホルモンといわれ、減少
すると意欲減退、増加すると幻覚の症状が出る。また、ケシに含まれるモルフィンは鎮痛作用を示すペプチドであるなど、様々な形で何らかの疾患と関係し、鎮痛作用を示すものやなるものもある。これらのペプ（２）メイラード反応によるにおい体験

チドは、１つのアミノ酸が欠けただけで失～においの素とは？～活してしまう。生物の毒を研究すると、薬メイラード反応とはアミノ酸またはタンに応用できるなど、生理活性ペプチドと疾

パク質と還元糖を加熱すると褐色化する反患は深く関わっており、医薬品作りのため応。これが発する様々なにおいを体験した。

に研究されている。

［準備］アミノ酸(味の素、システイン塩酸塩、プ
ロリン、バリン、グルタミン酸)、糖(グ

２ａ液：ロイペプチン(阻害剤)
ｂ液：緩衝液ルコース、砂糖)、ホットプレート、アル

３液：トリプシン(酵素)

ミカップ

［操作］
①Ａと B の試験管に１液を 100μL ずつ［操作］①ホットプレートを 180～200℃に設定し加えた。
②Ａの試験管に２ａ液を、Ｂの試験管にておいた。
②アルミカップにアミノ酸、糖を入れ、ホットプレート上で加熱し、水溶液色とにおいの変化を調べた。比較するため、アミノ酸のみ、糖のみをホットプ
レート上で加熱し、観察した。

２ｂ液を 100μL ずつ加えて軽くふり混ぜた。
③ＡとＢの試験管それぞれに、３液を 10
μL ずつ加えてふり混ぜた。
④時間の経過とともに色が変化していくのを観察した。

［結果］

［結果］

100℃

180℃

砂糖＋味の素黄粉

煎餅

グルコース＋システイン塩酸塩

生肉

肉スープ

試験管では、色の変化が見られなかったが、グルコース＋プロリン

トウモロコシポップコーン

阻害剤を入れなかったＢの試験管では、色

グルコース＋バリン

ライ麦パン

チョコレートの変化が見られ、ペプチド結合が切断されグルコース＋グルタミン酸

ほぼ無臭

カラメル

たことを確認することができた。

ロイペプチンという阻害剤を入れたＡの４．ペプチド研究所の見学（３）酵素消化酵素によりペプチド結合を切断する実験。

最後に、ペプチド研究所の施設、設備を見学させていただいた。それぞれの研究室阻害剤を加えると酵素はペプチド結合を切でいろいろな実験、開発研究が行われてい断できないということを確認した。

ることなどを丁寧に説明していただいた。

［準備］
１液：Ｎ－ベンゾイルアルギニン－パラニ
トロアニリド(基質)NSL 講座(４日目)参加レポート
４年Ｂ組

糸山

和香

１．概要
2008 年８月 26 日(月)、NSL 講座「タンパク質の機能の探求」（講師：奈良女子大学生活環境学部教授植野洋志先生）に参加し、タンパク質の定量法、アミノ酸分析、SDS-PAGEについて学んだので、以下に報告する。
講義：アミノ酸の構造を見る方法を学習した。タンパク質の定量法、酸加水分解、
SDS-PAGE、Western blot の方法と、目的を学んだ。
実験：紫外線吸光度法を用いて、タンパク質の定量法の実験を行った。

また、SDS-

PAGE、Western blot の実験を行った。
キーワード

タンパク質の定量法、SDS-PAGE、Western blot、アミノ酸、タンパク質

２．講義内容(１)タンパク質の構造を見る必要性(３)SDS-PAGE 解析
網目状の構造をもつ SDS-PAGE 用ゲル

タンパク質を学ぶことで、病気を治すこに、大きさのわかっているタンパク質と、とも、防ぐことも可能となってくる。タン

大きさのわからないタンパク質を流し込み、パク質とは、アミノ酸が多数連結(重合)し電圧をかけて、大きさの分らないタンパクてできた高分子化合物であり、１次構造か質がゲル上をどれだけ移動したかによって、

ら４次構造までの階層構造をもつ。１次構タンパク質の大きさを調べる電気泳動法で造では１本鎖で、R－が離れているため機ある。

能しないが、折りたたんで(folding)３次構造になり、R－が近づき合うことで機能を果たすようになってくる。機能を知るには構造(形)をみなければならない。

(４)Western blot
SDS-PAGE 解析でタンパク質の分離を行った後、そのゲルをメンブレンに転写し、抗体を利用して染めることで、抗体と結合(２)タンパク質の定量(Beer’s law)

するタンパク質を可視化する方法である。

タンパク質を含む溶液を染める。染まる程度を光学的に測定することで、溶液に含３．実験

まれているタンパク質の濃度を調べること

数班に分かれて、実験を実施した。ここができる。溶液に紫外線を当て、その吸光では、「タンパク質の定量」の実験について

値(光の吸収強度)が高いほど、溶液中のタ報告する。

ンパク質量が多いことになる。

○「タンパク質の定量」(Beer’s law)
[目的]

サンプル(ゼラチンに生パイナップルの小片を加えたもの)のタンパク質濃度を測
定する。
[原理]
染色液(プロテイン圧制)の中の色素「クをブランクとした。
②各 BSA 溶液の 595nm における吸光
度を２回ずつ測定した。
③②の測定値から①のブランクの値を引くことで吸光値を算出した。

ーマシーブリリアントブルー(Coomassie④③をグラフ化(縦軸：595nm におけるbrilliant blue、略称 CBB)」がタンパク質

吸光値、横軸：タンパク質濃度と結合すると、最大吸収波長が 465nm から[mg/ml]))して検量線を作成し、近似

595nm に移動する。これより、タンパク質式 y=ax を求めた。

濃度の測定が可能になる。
（４）サンプルのタンパク質濃度の測定[方法]（１）染色液の４倍希釈
染色液 10ml に純水 40ml を加え、50ml の希釈溶液を調製した。

(a)タンパク質と CBB の吸着反応
サンプルについて、（３）(a)と同様の方法で反応させた。
(b)サンプルのタンパク質濃度の測定

サンプルのタンパク質濃度は、タンパク（３）(b)と同様に、サンプルの 595nm

質濃度のわかっている溶液から作成した検における吸光度を２回測定した。その量線を基に測定する。よって、まずは測定値を検量線の近似式に代入し、サ

BSA(ウシ血清アルブミン)溶液を用いて、ンプルのタンパク質濃度を算出した。

検量線を作成する。
[結果]（２）各 BSA 溶液の調製
タンパク質濃度[mg/ml]が 0.2、0.3、0.4、

方法（３）の検量線作成における、吸光度の測定結果を表１に示す。

0.5、0.6、0.8 の溶液を、1.0mg/ml BSA 溶
液からそれぞれ調整した。
（３）検量線の作成(a)BSA と CBB の吸着反応①各 BSA 溶液を 20μl 試験管に入れた。
②希釈した染色液を１ml 加え、試験管ミキサーでよく混ぜた。
③室温で５分間反応させた。
(b)各 BSA 溶液のタンパク質濃度の測定①水 20μl に希釈した染色液 1ml を入れた溶液の、595nm における吸光度

また、表１のデータをグラフ化したところ、次のグラフのようになった。
グラフ１

上のグラフより、検量線の近似式は、
y=0.829x倍希釈よりも低く、タンパク質濃度も下がると考えられる。

である事がわかった。

４．その他の実験
方法（４）のサンプルのタンパク質濃度

その他のタンパク質の構造を調べる実験の測定における、吸光度の測定結果を表２を次に紹介する。

に示す。

＜SDS-PAGE＞(＝SDS－ポリアクリルア
ミドゲル電気泳動)
タンパク質を分離する方法の一つ。アクリルアミドと呼ばれる化合物で出来たゲル(寒天のような篩い構造のもの)中にタンパ
ク質を通過させる(泳動させる)ことで、一定時間での移動度とタンパク質を構成するアミノ酸の数(別に分子量で表現する)が比
例することから、タンパク質を分類する方法である。長い分子ほどゲルの篩いの目にこの結果を、グラフ１の検量線の近似式
y = 0.829x に代入すると、サンプルのタン
パク質濃度を求めると、引っ掛かって移動度は小さくなり、短い分
子はどんどん先へ移動してしまう。
SDS＝荷電した界面活性剤(石鹸のよう

x = 0.297/0.829=0.3582…≒0.358な化合物)で、これをアミノ酸の正に荷電しよって、サンプルの 1 倍希釈のタンパクた残基に結合させることで、分子すべてを質濃度は約 0.358mg/ml とわかった。

負に荷電した状態にする。これを泳動させると、移動度とタンパク質分子の長さ(分子量)が比例する結果が得られる。

[考察]
標準液での測定より、タンパク質濃度と吸光度は比例した。このことより、サンプ
ルの２倍希釈、３倍希釈の吸光度の値は１

４．NSL 講座の参加した感想
今回学んだタンパク質の分離の方法は始めて聞く内容だったが、本物の実験器具を使っての実験で、とても分かりやすく、楽しく学ぶことができた。
本プログラムで特に印象に残った内容は、ゲルを用いてタンパク質の分離を行ったとき、タンパク質の大きさによってゲル上を
図１

SDS-PAGE

移動する距離が違うということである。ま

左１列：分子量を決めるためのマーカー

た、タンパク質の機能を見るためには様々

右 5 列：分析対象のタンパク質な方法があるということも知った。
学生の方達と一緒に実習をさせていただ
いたことで、大学に入ってからの実験や講義に興味をもつことができ、非常に楽しく過ごすことができた。
タンパク質に対する抗体を用いることで、特異的にタンパク質を検出する事ができる。

＜Western blot＞
Western blotting は、SDS-PAGE 後のゲ
ルを電気にかけることでメンブレンに転写
して、抗体を使ってタンパク質をマークし、その抗体への抗体(二次抗体)をかけたあとで、多くは AP(alkaline phosphatase)によって発色するものである。

NSL 講座(５日目)参加レポート
４年Ｂ組

糸山

和香

１．概要
2008 年８月 27 日(水)、NSL 講座「『空間の向き』と鏡の世界」（講師：奈良女子大学理学部教授

小林毅先生）に参加し、鏡の位置の関係、二次元で考える鏡の位置の関係について学んだので、以下に報告する。
講義：光学異性体から、「鏡の関係」について考えた。また実際に軍手を用いて、不思議な「鏡の関係」を実感した。
講義：数直線で表せる「鏡の関係」について学習した。また、「鏡の関係」を計算でもとめ、その計算の意味を考えた。
キーワード

鏡の位置の関係、空間の向き、正・負の向き、ベクトル

２．講義と、次のような立体の場合、ぴったり重な(１)化学の世界からるのは何通りあるか。
１

Ｃ

Ｃ

１

１
１
図１

炭素原子 C
図２

炭素原子には４つの手があり、時と場合
によって様々な物質（原子）が結びつく。

図２のように、どう動かしても変わらない（ぴったり重なる。

物質は図１の点線の箇所に結びつく。そのことによって、原子同士のつながり方が全く同じであるが、ぴったり重ねようとすると重ならない関係をもつものが生まれる。
それが光学異性体である。
(２)ぴったり重なるものはいくつあるか
数字の同じものはどれも同じ物質と考える

図３

色々な配置のものができるが、図３のように動かすと全て同じ配置になる。

このような位置関係のもの２つを「鏡の位置の関係」と呼ぶ。光学異性体も鏡の位置の関係である。
（３）身の回りにある鏡の位置の関係にあるもの＜サイコロ＞

図４
同様に色々な配置のものができるが、図５のように動かすと全て同じ配置になる。
図８
１００円均一ショップに売っているサイ
コロには目の回り方が時計回りのものと反時計回りのものがある（図８）。よって図中
図５の丸で囲んだ角から考えると、サイコロの面の配置は鏡に映した関係になる。
＜ハサミ＞

図６
これらは、図６の①・②のどちらかに重なる。①、②の２つは重ならないが、鏡に映すと重なる。

図９
右利き用と左利き用では、持ち手の輪の大きさ、中心（刃を留めているところ）の左右の刃の重なり方は、鏡に映した関係に
図７なっている。

（４）区別する３本の矢印
軍手は、左右の区別無く使う事ができる。しかし、普通の手袋では、左右の区別をする。軍手と手袋はどのような点で違っているのか、実際に軍手を使って考
えてみた。
その結果、
「手袋は柄で裏表が明確だが、軍手には柄がなく、裏表が分かれていない」ということがわかった。
また、図 10 のように

図 11
図 11 のように正の矢印・負の矢印、鏡の位置の関係にある矢印とする。
また、

図 10

図 12

手袋の親指の方向、人差し指の方向、

図 12 において、下の矢印は、上の矢印

柄のある方向の３つの矢印を考える。

に比べて正の度合いが２倍であるとする。
矢印１の向きの度合を矢１と表すとする。

図 13
この３つの矢印は鏡の位置の関係にあり、重なる事はない。よって手袋は左右の区別がついている。

図 13 の数直線は矢２＝－２と表せる。
このとき、図 14 の数直線は上から順に

しかし、軍手は柄のある方向の矢印がない。上の矢印の一つでも欠けると、重なる事ができるので、軍手は左右の区別がついていない。
(５)鏡の位置の関係を数字で表す
・一次元で考える
数直線を用いる。

図 14

矢ａ＝１

となる。
これを認めるならば、

矢ｂ＝1/2矢ｃ＝０
矢ｄ＝-1/2
矢ｅ＝－１と表すことができる。
・２次元で考える

図 17
矢１＝２

１

図 15

矢２＝１

２

２次元での矢印は必ず、左下の２つの

矢３＝２

－１

どちらかの矢印になる。また、それぞれ

矢４＝－１

－１

を 「正の向き」、「負の向き」とする。
と表せる。また、公式
図 16 右側矢印の向きの度合いはいく
つになるか。

ａｂｃｄ＝ａｄ－ｂｃを利用して次のような計算をした。

図 16
この向きの度合いは、２つ矢印の間にできる面積とする。ゆえに、図 16 にある矢印の向きの度合いは１である。
同様に
図 18
向きの度合いはいくらか？

４．ＮＳＬ講座の参加した感想
２

１

この講座を受けて、今まで全く気に留め

１２ていなかった、身の回りにある鏡の関係の

＝２×

１

１/２

ものや、３方向の矢印を意識するようにな

０

３/２

った。

＝２×３×
＝２×３×
＝３×

１

１/２

最後の方の内容は少し難しかったが、小０

１/２

林先生のわかりやすい説明と、黒板に書か１

０

れた丁寧な絵や図で、理解することができ

０

１/２

１

０

０

１

た。
本講義で特に印象に残った内容は、２つの矢印では重ねることができるのに、たった異なった３本の矢印だけで鏡の位置の＝３関係になるということです。不思議で、また、面白いなと思いました。

■最後に(NSL 講座に参加した感想)
今回この NSL 講座で学んだタンパク質はまだ学校では学習していない内容で、５日間の講義を理解できるかとても不安だったが、身近な内容や私たちが日常的に体験していることを取り入れての講義だったので、とてもわかりやすく面白い講義だった。
５日間毎日、タンパク質について講義を聴き、実験を行うという機会は今までにはなかったので、途中でいやにならないかと最初は不安だったが、実際は毎日の講義それぞれが充実しており、５日間集中して講義が聴けるすばらしい講座だなと思った。
５日間それぞれに印象的だった内容はたくさんあったが、その中でも特に私は植野 洋志
先生の講義で行った実験が印象に残っている。２日目(中沢 隆先生)の講座で作成したサンプル(プロテアーゼ処理したタンパク質溶液)を用いて、タンパク質濃度を測定するタンパ
ク質定量の実験を行った。自分たちが作成したサンプルのタンパク質の濃度を実際に大学で使用されている実験器具を使い行う実験は、私たちにとってとても新鮮で刺激的な体験となった。また、実験の難しさ、面白さ、精密にすることの大切さを、身をもって感じる
ことができた。今までの講座とのつながりを感じることができ、改めてタンパク質の奥深さを実感させられた実験となった。
５日間すべての講義・実験を通して学んだことは知識としてはタンパク質について語る
上でのほんの序章かもしれない。しかし、私たちは今回の NSL 講座に参加したことで、タンパク質のおもしろさや奥深さ、先生方のタンパク質に対する熱い思いはしっかりと学ぶことができたと思う。
この講座で学んだたくさんのことを糧に、楽しみながら、これからたくさんのことを勉強していきたいと心の底から思った。

■参考文献・サイト[1]楽しい高校化学の HP
http://www2.yamamura.ac.jp/chemistry/chapter6/lecture2/lect6021.html[2]タンパク質の構造の HP
http://www.tennoji-h.oku.ed.jp/tennoji/oka/2006/06ko3-36.html#ペプチド結合[3]Wikipedia「タンパク質」、「ポリアクリルアミドゲル電気泳動」
http://ja.wikipedia.org/wiki/[4]実験編

SDS-PAGE

http://www.246.ne.jp/~takeru/chalk-less/lifesci/bioexp/sds-page.html[5]タンパク質の電気泳動
http://web-mcb.agr.ehime-u.ac.jp/bunnshi/page.htm

「台湾 ISSS」参加報告
２年Ｂ組

羽鹿

諒

３年Ａ組

庄野

祐貴

４年Ｂ組

國松

大悟

４年Ｃ組

林

６年Ｃ組

中嶋

研人

指導教諭

末谷

健二

指導教諭

櫻井

昭

指導教諭

川口

慎二

由佳里

１．要約
2008 年 8 月 18 日(月)から 22 日(金)にわたり、台湾の高雄女子高級中学校を訪問し、相互の研究成果を発表しあうとともに、共同実験を行い、海外の高校生と科学に関して、英語によるコミュニケーションをはかるとともに、英語によるプレゼンテーションを行った。
また、高雄女子高級中学校への訪問以外にも、台湾の国立自然科学博物館において、台湾の自然、科学技術に関する研究を行った。さらに、民主紀念館や忠烈嗣といった歴史遺産を訪問したり、現地の高校生たちと交流を持ったりすることにより、台湾文化に触れる機会も多く、視野が大きく広がった。５日間の活動について報告する。
■目的
他国の同年代の生徒と共に、一つの課題に取り組むことにより、コミュニケーション能力と思考力を養う。また、他国の文化を知ることにより、グローバルな見識を身に付ける。
＊

ISSS ＊

International Salon of Super Science Student の略。
・海外先進校に出向き、議論や共同研究を行なう
・海外先進校で生との研究指導を行なっている教師へのインタビュー等により、「発見する力」を伸ばす指導方法を探る。
■研修場所
研究交流：高雄女子高級中学校（台湾・高雄市）
研

修：国立自然科学博物館（台湾・台中市）
国立台湾民主紀念館（台湾・台北市）
台北１０１展望台（台湾・台北市）
キーワード

国際交流、コミュニケーション、プレゼンテーション、グローバル

２．スケジュール②ロボット研究（庄野）③Cubic Controller（中嶋）■１日目（８月 18 日）【移動・準備】④光合成の第４過程（国松）9:15⑤シカのフンとシバの関係（林）集合（関西国際空港４階 国際線出発口中央付近）

12:00 昼食

11:15

13:30

関西国際空港 発

ロボットワークショップ （本校）

＜CX565 便（キャセイパシフィック航空）＞

講師：羽鹿

昼食：機内食助手：中嶋、庄野、国松、林

14:20

17:00

ホテル 着

18:00

ロビー集合、夕食

19:30

ロビー集合、翌日の打ち合わせ

桃園国際空港 発 ＜専用車＞

21:30

解散、自由時間

桃園駅 着

23:00

就寝

桃園国際空港 着※第一ターミナル出口正面左手にてガイドの迎え有り。

14:52 桃園駅（台北）発 ＜台湾新幹線＞
17:00 左営駅（高雄） 着 ＜専用車＞■3 日目（８月 20 日）【研究交流Ⅱ】

華王大飯店（キングダム ホテル） 着

6:30

起床

18:10

ロビー集合、夕食

7:00

ロビー集合、朝食

20:00

翌日の打ち合わせ、ワークショップの

＜徒歩＞

確認

8:30

21:00

解散、自由時間

・ 科学研究ワークショップ

23:00

就寝

高雄女子高級中学校 着（高雄女子）
12:00 昼食

■2 日目（８月 19 日）【研究交流Ⅰ】

13:00

6:30 起床

・生徒、教職員交流会

7:00 ロビー集合、朝食（ホテル）

・閉会式
16:30

ホテル 着

8:30 高雄女子高級中学校 着

18:00

ロビー集合、夕食

・開会式

19:30

ロビー集合、翌日の打ち合わせ

・Green Energy に関する研究発表

21:00

解散、自由時間

23:00

就寝

＜徒歩＞

（高雄女子）① Solar cell
② Fule cell

■4 日目（８月 21 日）＜移動・博物館見学＞③ Biomass

7:00

起床

7:30

ロビー集合、朝食

（本校）

9:30

ロビー集合 ＜専用車＞①学校紹介（庄野）

10:30

左営駅（高雄）発 ＜台湾新幹線＞

・ サイエンス研究会の研究発表

11:40

台中駅（台中）着、昼食

クが走っていた。２人乗りなどは普通に見かけ

12:40

国立自然博物館見学

られ、３人乗りもよく見られた。たくさん原付

16:00

ロビー集合 ＜専用車＞

バイクがあるせいか、ほとんどの広い道路には

16:52

台中駅（台中）発 ＜台湾新幹線＞

原付バイク専用の道路が整備されていた。なぜ

18:15

台北駅（台北）着 ＜専用車＞

ここまで、原付バイクが普及しているのかとい夕食

うと、安く、ガソリンも上がっているためだそ

六福客桟 着うだ。台湾の街中には細い路地も多く、移動もチェックイン・荷物整理などしやすいのだろう。図１が台湾の街の様子であ

21:00

ロビー集合、明日の打ち合わせる。台湾では右側通行でした。

22:00

解散、自由時間

23:00

就寝

20:00

■5 日目（8 月 22 日）＜移動・台北市内見学＞
7:00

起床

7:30

ロビー集合、朝食

8:30

ロビー集合

9:30

忠烈嗣 見学（衛兵交代式を見学）＜専用車＞
図１ 高雄市内＜専用車＞

台湾の食事はやはりおいしいです。また、も9:50 台湾民主紀念館 見学

うひとつ台湾の特徴の最たるものともいえたの＜専用車＞

が、お茶を買う際に注意しないと、とても甘い

10:50 台北 101 着
フードコートにて自由昼食＜専用車＞

お茶を買ってしまう羽目になります。
これは、言ってみれば日本の新幹線であり、しかも、日本の会社が鉄道を製作しているため、14:00

桃園国際空港 着

車体の形は、日本の「のぞみ」と同じ形でした。

16:05

桃園国際空港 発

しかし、それを実際に動かしている会社は、何＜CX564 便（キャセイパシフィック航空）＞
19:40

関西国際空港 着

20:00

解散

と日本の会社ではなくフランスの会社でした。
日本だったら回収されるチケット（図２)が、この台湾の高速新幹線（高鉄）では、回収されないのです。

３．１日目報告台北桃園国際空港についた瞬間、中華系特有の香辛料のにおいがして、日本より湿度も温度も高く、日本とまったく別の空気を感じた。また、空港から台湾新幹線の駅に向かう途中、道路を見ると、とても道路が広く（日本の２倍以上の広さはあるだろう。
）、たくさんの原付バイ

図２ 高鉄のチケット

さらに、１日目には、観光地である「蓮池潭

必死で作業をしていた。その様子は、まるで異（れんちたん）」へ行きました。当時、この蓮池国の地で理科講義室が再現されたようだった。

潭では工事が行われており水が抜かれていたの部品が足りなくなるという事態も発生したし、ですが、通常は大きな池にたくさんの蓮が浮い壊れた回路の部品を使うことによって乗り切っているそうです。そして後ろに見える二つの塔た。羽鹿は末谷先生と川口先生ともに説明のセはそれぞれ７階建てになっており、６階まではリフは考えていた。練習すれば英語の発音もよ

だれでも立ち入れるようになっていました。そくなるらしく、前よりも分かりやすくなっていの６階から僕たちは、その池の周囲を見渡すこた。このあと羽鹿はスライドを作り直すことにとができたのですが、何とその池の周囲には、なり、結局徹夜した。生物班の人たちもどうも幾つもの塔や寺が建っておりさらには、三蔵法

口頭発表がうまくいかないようであり、必死で師などの像がありました。

櫻井先生と夜遅くまで作業をしていた。全員総動員で真夜中まで仕事をしていた。
そして、当日。ドキドキしながら、高雄女子高級中学校に向かった。ワークショップに使う機具（特にコントローラー）はもう壊れてほしくないので、大切に抱えていった。まずは口頭発表である。発表会場は思いのほか、とてもい図３ 蓮池潭

いところで生徒の雰囲気もよさそうだった。まずは相手の学校の紹介、研究発表でその次は４．２日目報告

我々の研究発表である。

２日目は高雄女子高級中学校交流行事の初日

発表することはふたつ。こちら側の自己紹介である。
この日の大きなイベントは２つであり、と自分の発表だ。できるだけ、面白くきいても午前は双方の口頭発表、午後はロボットのワー

らえればいいという末谷先生の方針で、相手のクショップである。この中で一番重要なのがワ

生徒に問いかけたり、冗談をいったりと工夫しークショップである。なぜなら、ワークショッ

た。でも、この方法は雰囲気が悪ければ、とてプは聴衆が内容を理解し、自ら動いてくれなけ

も白けるという面ももっている。吉とでるか凶ればいけないからである。このワークショップとでるか。賭けであった。

の説明を行うのは羽鹿であった。残りの生徒は

結果は…、大成功である。これにより、勢い

ワークショップをうけている台湾の生徒の指導に乗って、奈良女子大学付属中等教育学校としを行った。

ての口頭発表は成功に終わった。

しかし、前日になって２つの問題が発生した。

生物班の発表では、質問時間に入ったとき、１つ目はワークショップに使用するロボットの予想もしていなかったのだが向こうの先生から、

制御コントローラーが壊れたこと。２つ目は羽質問されました。そのおおまかな内容は、「ATP鹿の説明が伝わりにくいことであった。庄野とはそのものの粒子が大きくて、そんな簡単に植中嶋は制御コントローラーを修復するためにホ

物の中に取り込まれ何のではないか？」というテルの部屋でハンダごてや電子工作機具を用いものでした。それを確かめるため以前に、前実験をしていてのですが、その前実験の欠点も指ことでそれぞれに紹介をしてもらい、優秀なと摘されたため、返答に詰まってしまいました。

ころには林から、台湾でも人気のあるジャニー

このことについては研究を続けていきたいと思ズセットを手渡された。なんとか成功した。

います。

図５ ワークショップの様子
図４ 研究発表の様子

次は、大急ぎで高雄女子高級中学校のワーク

午前の活動が終わり、相手の学校から昼食とショップに向かった。ワークショップは物理

して、弁当、フルーツのパック、台湾風あんみ（太陽電池）、化学（燃料電池）、生物（砂の中つ、タピオカティーが支給された。弁当に比べの生物）から選択する形であった。

て、デザートの量が多くて驚いた。タピオカテ

太陽電池では、教室に入るとレゴのような太ィーとは砂糖を入れたミルクティーにタピオカ

陽電池で動かすモーターセットで車を作る説（ある植物の茎のデンプンを糊化させ、乾燥さ

明書を読みながら、作ったがすぐにできてしませたもの）を入れたものである。

ったので軽量化を行ったところでこの日のワ

そして、運命の午後。ワークショップが始まークショップは終了した。

る。基本的にワークショップではものが壊れる

ホテルのレストランで夕食として飲茶を食ことが多いのだが、奇跡的になにも壊れていな

べた後、高雄の生徒とともに高雄の夜市に行っい。それを慎重に扱い、準備する。生徒が集また。雨の日以外はやっていて、いろいろなものってくる。羽鹿も昨日の成果から、それなりにがそろう屋台の集まりだ。高雄の生徒たちは台説明が伝わっているようだった。そして、ここ湾で一番おいしいものを紹介してくれるといの会場の雰囲気が良かった。みんなが緊張してう。臭豆腐。本当に豆腐はタンパク質からできいる羽鹿を応援している雰囲気だったのだ。羽ているせいかアンモニアとなにかを混ぜたよ鹿の説明が終わると、庄野、中嶋、國松、林がうな結構強烈なにおいがする。これにたいしていっせいに分かっていない生徒のところに行き、の感想は人によってさまざまだが、不思議な味

実際にものを用い、説明した。生徒たちはすべのする、そこそこおいしいものだった。日本にて理論的に話し合ってから、行動に移していたはない味である。

ので、それは見習うべきだと思った。時間が少なかったせいか、ロボットが完成していない班もあったが、ほとんどの班が完成させていた。
その後、どのロボットが一番面白いかという５．３日目報告
３日目は高雄女子高級中学校との交流行事の２日目である。

この日の午前は昨日のワークショップの続き

なが熱中し、本来ならば行われるはずだったスである。太陽電池を用い、太陽の平行光線に当ポーツイベントも時間の関係でなくなってしてて角度による違いを測定し、太陽電池の発電まった。

量を計算するなどをした。結局発電量はパネルが小さいせいか１W にも満たなかった。豆電球がつくか、つかないかぐらいの弱い電力であった。
グリーンエネルギーについての探求実験でも、化学(燃料電池)では、燃料電池の前段階である
電気分解や、単なる原始的な電池つまり電気陰性度の違いを用いたものを作らせてもらいました。ここで学んだことは、本当にちょっとした

図６ 立体パズル
120 面体もできるという話をきたのでその日の夜３時間かけて作ったが、運搬の関係から、泣く泣く壊した。学園祭でまた作ろうと思う。

作りで大きな電圧を作り出せるということでした。初めに作ったのは銅板に硫酸銅を湿らせたろ紙をマグネシウムリボンでくくりつけただけのシンプルな仕組みのものでした。しかし驚くことに、この単純な仕組みのもので、小さな置
時計のベルを鳴らすことができたのです。
その他、電気陰性度を確かめる実験として、銅板、ニッケル、アルミニウムなどを用いて電圧を調べました。

図７ 分野別ワークショップの様子

前半は、プレゼンテーションを聞きました。
ここでは、燃料電池の歴史や種類、そして、どのような使い道があるのかについて説明を受けました。この発表を聞いて新しく分かったことは、もうすでに日本では、東芝が、燃料電池で動く MP3 プレイヤーを大衆向きに売り出しているということでした。
またこのこと以外にも、どの種類の燃料電池が、どのくらいの費用がかかってまたどれだけの精度を持つのか。などということを知ることができました。
午後に高雄女子高級中学校の数学の先生とともに、図６のようなピースを３０ピース使って、きれいな多面体をつくろうというワークシ
ョップを行った。最初の慣れないうちは難しく感じられたがなれると簡単だった。本校のみん

６．４日目報告
４日目は高雄から台北に行く移動日だったが、途中の台中で国立自然科学博物館に立ち寄った。
ここでは人文科学が多く、古代中国の科学技術や恐竜の時代から現代までの流れが多い。別の建物には物理を展示しているところがあり、さ
まざまな力学や光の現象などを展示していた。
ここで印象に残ったものをいくつか紹介しよう。
① 恐竜のロボット
まぶたや尻尾の動きがとてもリアルで構造はどうなっているのか気になった。これは是
非一度は見るべきだ。
② エジプトのミイラ

前から古代エジプト文明には興味を持っていたので、見た時は本当に感動しました。髪や歯が鮮明に残されていて、本当に紀元前から残されているのかと考えるととても楽しか
ったです。
③地震計
図８ 活版印刷

これは昔何かの資料集で見たことがあったので感銘が深かったのですが、昔にしてはか⑦針治療なり画期的な地震計でした。仕組みがどうな

この博物館には東洋医学の話も展示してっているかというと、ものすごく簡潔に説明ありました。鍼灸銅人と呼ばれるものがありすると、つぼの中に棒が入っていて、その棒ました。人体模型の最初は、前 16 年に犯罪が自身の前揺れに反応して、地震が来た方向者の解剖記録を人体模型にしたものですが、に倒れます。その時、ボタンみたいなものを

これは、
1027 年に鍼灸の模型としてつくられ押しその方向のつぼに水が流れていきます。

たものです。

これによって地震がどこから来たかわかるよ

この使い道は鍼灸の試験用だったみたいでうになっているのです。

す。また今では、この針治療も近代化して、④活版印刷
北京オリンピックの開会式のときに中に人が入ったもので実演していたので知っている人もいると思いますが、中国が発明した三大発明の一つです。

電気針なるものができているようでした。
また図９は、その針治療の場所を示したものです。針治療の針の発展は「石針→竹針→骨針→金銀針→昆針」
である。

これが発明されるまでは何度も同じことを書かなくてはいけなかったのがこれができてからは文字を一度はめ込むだけで同じものが何度も刷れるようになったのですから本当に大発明と呼べるでしょう。
さらにこの発明の素晴らしいところは、これ以前の印刷術というのは、石に一回掘って図９ 針治療それを何度もするというものだったので、応用が利きませんでしたが、この印刷方法では、⑧火薬

一度完成してもまたそれをばらして組み替え

これも中国の大きな発明の一つですが、こることによって何度も違う文面を書き上げる

れは発明のされ方が面白いです。そもそものことができるのでそこがすごいと思いました。

ルーツは方士が、錬金術を試みていた時に偶然見つけ出したもののようです。
この日は夕食として小籠包が出された。台湾

の名物だ。レンゲの中にちょこんと乗せ、やけ

まさにバベルの塔のようであった。せっかく

どしないように汁を出し、汁をそそり、肉を食なので 89 階の展望台に登り見渡してみると台べる。肉汁がとても美味しかった。少し油っこ北中が一望できて、素晴らしかった。なんでこいので、すこし食べるのがおいしいのかもしれんなに高い建物が倒れないのかというと中に動ない。

くとても大きい玉のようなものがあって、揺れを質量に変換することによって、揺れるのを止

７．５日目報告

めるそうだ。

短いような長いような台湾交流行事もついに最終日。名残惜しくなってきた。この日は台北

８．まとめと感想の観光だった。まずは国民革命忠烈祠に行き、初めての台湾で初めてのもの初めて会う人ばそこを守る衛兵の交代式を見に行った。
「国民革

かりでとても面白く、新鮮だった。自分自身初命忠烈祠」とは国民革命や戦争で亡くなった

めてプレゼンを人前でして、英語でたくさん交人々の慰霊を慰める場所である。衛兵の交代は流して、自分が一回り大きくなった気がする。

規律正しく行われていた。この衛兵たちは台湾

今後はこれを糧にして、頑張っていきたい。

の軍隊のエリートであるそうだ。

実際にこのツアーに参加して思ったことは外国でも、本当に、何とかやっていけるということでした。そういうことについてこのツアーに参加して大きな自信を得ることができました。
最後にこの機会を設けて下さった、日本、台湾両国の方々に礼を言いたいと思います。本当にありがとうございました

図 10 衛兵交替の様子
中正紀念堂などを巡ったあと、世界一高い建物台北 101 に向かった。真下から見ると、天まで続くようだった。

図 11 台湾 101

「かがくのひろば」実施報告
サイエンス研究会化学班

数学班

２年 A 組

勝野友紀菜

２年 A 組松尾芳美

２年 B 組内海風香

２年 B 組

矢野

仁美

指導教諭

野上

朋子

２年 B 組森

２年 C 組佐藤圭

２年 C 組

清水

悠平

指導教諭

川口

慎二

宇宏

１．要約
サイエンス研究会は、校種間連携活動「かがくのひろば」の取り組みで、附属幼稚園と附属小学校において、成果の普及活動を行っている。今年度は数学班が附属幼稚園で「ならべてなにができるかな」という活動を、化学班が附属小学校６年生に対し「酵素の不思議」の授業を行った。今回の「かがくのひろば」は、附属学校園文部科学省研究開発学校
公開研究会の公開授業の一つとして、全国の先生方にも参観していただいた。
日時：2008 年 11 月 14 日（金）10：00－10：45(45 分間) 附属小学校６年月組／附属幼稚園５歳児
10：55－11：40(45 分間) 附属小学校６年星組
場所：奈良女子大学附属幼稚園

遊戯室／附属小学校

理科室

数学班では、昨年度一枚の折り紙を折ってから、はさみを入れることで、様々なかたちができることを体験する「折って切ってみよう」という活動を行い、大変好評であった。
この経験をもとに、今年度は、いくつかの基本図形(ピース)を並べてできるかたちの不思議さを体験してほしいという観点から題材を選んだ。
一方、化学班は、夏期休暇中に実施された NSL 講座で「タンパク質分解酵素」の実験をしたことを先輩から聞き、興味を持ったので、今回の授業のテーマを「酵素」とした。授業内容は、小学生にもわかりやすいように、できるだけ身近な食品を扱うことに努めた。
以下に、数学班と幼稚園児の活動や、化学班が小学生に対して行った授業をした内容とその様子について、それぞれ報告する。
キーワード

かたち、パズル、酵素、タンパク質、タンパク質分解酵素、基質特異性、
熱変性

２．活動内容
今年度の活動内容に関連して、それぞれの内容や様子について報告する。

（２）活動の流れ
まずは、自己紹介を行い、あらかじめ作っておいたかたちを見せた。
「これは何に見える？」というクイズを取り入れながら、

２－１．数学班（１） 題材

今回の活動内容を説明した。
折り紙に上図のような切り取り線を入れ「タングラム」の一種で「ラッキーパズ

たものを用意し、その線に沿ってはさみをル」と呼ばれるパズルを用いた。
「ラッキー

入れる。できたピースを自由に並べて、どパズル」とは４×５の長方形を下図のようんなかたちができるのか試行錯誤してみた。

に７つのパターンに分割して、それらを並できたかたちを厚紙の上に貼り付けておく。

び替えることでいろいろなかたちを作るパ

ピースはすべて使う必要はなく、重ねて貼ズルである。

り付けてもよい。

ある程度、完成してきたところで、代表
下図のように、正方形から切り出せば、の園児の作品をみて、「これは何かな？」と横のあまった部分からさらにピースを切り当てっこをしながら、互いの作品を鑑賞し出せるため、できるかたちのバリエーショあった。最後に、会場の参観者に向けて、ンは多くなる。

「こんなのができたよ」と報告して活動を終えた。
（３）園児の様子
昨年度も同じ園児を対象として、「かがくのひろば」を実施していたため、園児の中には、私たちを覚えてくれていた子もいてうれしかった。
実際に作業が始まると、みんな本当に一生懸命で、折り紙を切り取ってできたピー

スをあれこれ工夫しながら並べていた。ひった。

っくり返したり、回転させてみたり、重ねてみたり、２つをくっつけてみたり、一人ひとりの工夫の仕方がみんな違って、とてもおもしろかった。

２－２．化学班（１）酵素とは酵素とは、生体内でおこる化学反応を助ける物質のことである。必要なときに遺伝子の情報をもとにして細胞内でつくられるタンパク質である。酵素は温和な条件で効率よく反応を進行させる働きがあり、酵素
自身は変化しない。生物の生理作用はいく
つもの化学反応が連続しておこるものであることからも、酵素はほとんどの生命現象にかかわる大切な物質であるといえる。反
応ごとに決まった酵素が働きので、酵素のたくさんのテーブルをまわって、「どん種類も非常に多い。細菌のような単純なかなのができた？」と聞いてみると、みんな

らだのつくりの生物でも、1,000 種以上の自分の作品を「見て、見て」とか、「怪獣が酵素を持ち、全てで 4,000 種もの酵素に名できた」といって自慢げに見せてくれた。

前が付けられ登録されている。そのため、こっちが意図しないようなかたちをつくっ

酵素の働きと分類の研究が世界中で行われてくれた子や、驚くほど丁寧にかつ上手にている。また、酒や味噌などの発酵食品も並べてかたちを作ってくれた子がいた。

微生物の酵素を利用してつくられる。

最後に、時間の許す限り、園児の作品を今回の授業で扱う「タンパク質分解酵素

一人ずつ見ながら、みんなで当てっこをし（プロテアーゼ）」とは、タンパク質を分解た。作るほうの発想だけでなく、見て当てする酵素のことである。ブロメライン、ア

ようとする子たちの発想力や想像力には、

クチニジンなどの種類があり、消化管内にとても驚かされた。幼稚園の先生方やお客分泌されるタンパク質分解酵素は、タンパさんたちに成果を見てもらって終わりとな

ク質をアミノ酸に分解して栄養成分として取り込むのを助ける。タンパク質分解酵素

で挟むように持ち、軽く振ることに注意しを含む食品として、パイナップルやパパイた。これは手から伝わる体温によってゼリヤがよく知られている。

ーが溶けるのを防ぐ為である。５分間後、サンプル瓶の中の様子を確認した。

（２）実験《実験結果》

酵素の性質や働きを確認するために、以下に示す４つの実験を行った。
実験１「パイナップルがもつ酵素」

ゼリー

寒天

葛

有

無

無

反応の有無

ゼリーにパイナップルを入れたものだけ、

実験２「酵素は熱に弱い」

ゼリーが徐々に溶けていき液化していく現実験３「タンパク質分解酵素をもつ食品」

象が見られた。

実験４「タンパク質以外を分解する酵素」
実験１「パイナップルがもつ酵素」《目的》
この実験ではパイナップルに含まれるタ
ンパク質分解酵素がゼリー、葛、寒天それ
ぞれにどのような反応を示すかを確認する。
《準備物》
ゼリー（タンパク質）、葛（デンプン）、寒天（食物繊維）、パイナップルの小片（１cm
角、３個）、サンプル瓶（３個）、爪楊枝（３《考察》タンパク質でできているゼリーにのみ酵

本）素反応が見られたことから、パイナップル《実験方法》

はタンパク質を分解する酵素（タンパク質

ゼリー、寒天、葛の入った３個のサンプ

分解酵素）を持つことがわかった。また、

ル瓶に、爪楊枝に刺したパイナップルの小寒天や葛では酵素反応が見られなかったこ

片をそれぞれ加え、10 秒間振り放置した。

とから、パイナップルはデンプンや食物繊

このとき、瓶のふたと底を親指と人差し指維を分解する酵素は持たないこと、タンパ

ク質分解酵素はタンパク質のみに作用する

ナップルはタンパク質分解酵素の働きがな（基質特異性がある）ことがわかった。

いことがわかった。これは、缶詰の製造行程で熱処理がされ、パイナップル中のタン実験２「酵素は熱に弱い」

パク質分解酵素が失活するため、反応しな《目的》くなったといえる。

次に実験１で確認したタンパク質分解酵素の働きと熱の関係を調べる。この実験にはゼリーと生のパイナップルと缶詰のパイ
ナップルと電子レンジで加熱したパイナッ
プルを用いる。
《準備物》
ゼリー（タンパク質）、生のパイナップル片（１cm 角、１個）、加熱処理したパイナッ
プル片（１cm 角、１個）、缶詰のパイナッ
プル片（１cm 角、１個）、サンプル瓶（３個）、爪楊枝（３本）

実験３「タンパク質分解酵素をもつ食品」《実験方法》《目的》

ゼリーの入った３個のサンプル瓶に生のパイナップル以外の食品でタンパク質分

パイナップル片と缶詰のパイナップル片、解酵素が含まれている食品を確認する。

加熱したパイナップル片をそれぞれ入れ、《準備物》

10 秒間振り放置した。５分後、サンプル瓶

ゼリー（タンパク質）、大根の小片（１cm中の様子を確認した。

角、１個）、キウイフルーツの小片（１cm《実験結果》

角、１個）、レモンの小片（１cm 角、１個）、

パイナップル
の種類
反応の有無

生

加熱

缶詰

有

無

無

リンゴの小片（１cm 角、１個）、サンプル瓶（４個）、爪楊枝（４本）《実験方法》

ゼリーに生パイナップルを加えたものだ

ゼリーの入った４個のサンプル瓶に、大けが反応し、他２つには反応が見られなか

根、キウイフルーツ、レモン、リンゴの小った。

片をそれぞれ加え 10 秒間振り放置した。５《考察》

分間後、観察した。

酵素反応が見られた生のパイナップルを《実験結果》

加熱したあとで変化が見られなくなったこ

大根

キウイ

レモン

リンゴ

無

有

無

無

とから、パイナップルに含まれるタンパク

反応の質分解酵素は熱に弱い（熱変性）ことがわ

有無かった。また、缶詰のパイナップルでは反大根やレモンに酵素反応が見られると予応が見られなかったことから、缶詰のパイ想した児童が多かったが、キウイフルーツ

にだけ反応が見られ、ゼリーが液状になっ

した。

た。

《実験結果と考察》《考察》
この結果から、キウイフルーツだけにタ
ンパク質分解酵素「アクチニジン」が含ま葛が液状になった。この実験結果から、デンプンの分解に働きかけるジアスターゼを確認することができた。

れ、他の大根、レモン、リンゴにはタンパ
ク質分解酵素が含まれないことがわかった。

３.「かがくのひろば」を実施した感想
一方的に話す発表とは違い、30 人ほどの幼稚園児や小学生を相手にして臨機応変に返答すること、説明することが最も難しかった。幼稚園児は作業に集中し、一生懸命
形づくりを行っている姿が新鮮であった。
また、小学生に授業をすることなどあまり体験できるものではないので、今回は貴重な経験をさせてもらったと思う。

納豆やパパイヤにもタンパク質分解酵素が含まれていることが知られている。納豆については、事前に同様の実験を行った結果を提示することで確認した。また、パパイヤについては、パパイヤに含まれるタン４．参考文献・サイト[1]「ニューステージ新訂化学図表」、浜島書店編集部編、浜島書店[2]「酵素のＡＢＣ」、中村隆雄著、学会出版センター(1998)

パク質分解酵素「パパイン酵素」はよく洗[3] 朝 日 子 供 新 聞 わ く わ く 理 科 タ イ ム

剤に加えられていることから、市販されてhttp://www.asagaku.com/rika_time/

いる洗剤を提示することにした。

2006/5/0531.

実験４「タンパク質以外を分解する酵素」
《目的》

５．謝辞
今回の活動において、附属幼稚園の柿元大根には、デンプンの分解に作用する「ジみはる先生、附属小学校の小幡肇先生、谷アスターゼ」が含まれている。葛を使って

岡義高先生にはたくさんの指導や助言を

その働きを確認する。

いただきました。この場で深く御礼申し上

《準備物》

げます。

葛（デンプン）、大根の小片（１cm 角、１

また、活動の計画や実施に当たり、顧問

個）、サンプル瓶（１個）、爪楊枝（１本）の川口先生、野上先生には、アドバイスを《実験方法》

いただき、ありがとうございました。

葛の入ったサンプル瓶に大根の小片を入れ、10 秒間振り放置した。５分間後、観察2008年度SSHサイエンス研究会
生徒研究論文集2009年(平成21年) 2月1日

発行

国立大学法人 奈良女子大学附属中等教育学校〒630-8305

奈良市東紀寺町1丁目60-1

TEL. 0742-26-2571
FAX 0742-20-3660
http://www.nara-wu.ac.jp/fuchuko/

Su
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oo
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N ara W omen’s U niversity S econdary S chool