生物授業実践記録 |
|
ヒトの呼吸に関する簡易実験 |
|
山口県立山口高等学校 児玉伊智郎 |
|
1.はじめに
|
|
呼吸や光合成について学び,炭素などの物質循環に関連した知識を深めることは,生命現象の理解のみならず,地球温暖化などの環境問題についての意識を高める上で大変意義深いことです。現行の高等学校の生物の授業では,ミトコンドリアが呼吸によってエネルギーを取り出していること(生物 I )や,呼吸の詳細な過程(生物 II )について学びます。また,新課程の生物基礎においては,呼吸や光合成に加え,炭素の循環まで学習することになっています。 ここでは,生徒にとって最も身近な生命現象であるヒトの呼吸に関する簡単な実験を紹介します。この実験により,生徒が学習内容を身近に感じることを期待します。 |
|
2.酸素摂取量の測定実験
|
|
(1)肺活量の測定
肺活量計は保健室に保管されている可能性がありますので,養護教諭にお尋ねになるとよいでしょう。もし学校に肺活量計がない場合は,ビニール袋に呼気を集め,メスシリンダーを用いた水上置換によっておよその量を計量することも可能です。また,教員が演示実験として行う場合は,事前に肺活量を計量しておくことで,実験の時間を大幅に短縮することができます。なお,生徒に肺活量の計量を体験させる場合は,大きく息を吸い込むため,参加する生徒の健康状態には配慮が必要です。 測定手順(回転式肺活量計の場合,図1)
(2)呼気の酸素濃度の測定 本校では溶存酸素計 (堀場OM-14)を用いています。酸素計がない場合はガス検知管の酸素(6%〜24%)を用いると,およその濃度を計測することができます。 測定手順(溶存酸素計 堀場OM-14の場合)
(3)酸素摂取量の算出
(4)酸素摂取量と二酸化炭素産生量(排出量),及びエネルギー消費量の関係 グルコースを基質とした好気呼吸の反応は,次の化学反応式([1])で表されます。 C6H12O6+6H2O+6O2→6CO2+12H2O+38ATP(686kcal)……[1] 私たちの体内では,グルコースなどの炭水化物の他,タンパク質や脂質を基質として利用しており,基質の種類によって呼吸商(排出するCO2量/消費するO2量)や発生する熱量が異なります。そのため,エネルギー消費量を求めるには,酸素摂取量の他,二酸化炭素産生量を測定し,これらの測定値を基に算出します1)。 基礎代謝量(kcal)=4.83×1日のO2摂取量……[2]2) また,呼吸商については0.82〜0.85の値3)が使用されることが多いようです。今回の測定結果である酸素摂取量552Lについて簡便法を用いて計算すると,呼吸商を0.85とした場合,二酸化炭素産生量(排出量)は0.85×552L=470L(室温27℃,1.01×105pa条件下での測定とすると840g),基礎代謝量=552L×4.83=2670kcalとなります。このように,測定した酸素摂取量を基に,二酸化炭素産生量や基礎代謝量(エネルギー消費量)について推量する方法もあります。 |
|
3.私たちの生活と二酸化炭素の排出量
|
|
日本の2005年度のCO2総排出量は,12億9,300万トンで1人当たりのCO2排量は10.12トン/人だそうです6)。これを,1日当たりに換算すると27.7kg/人となります。ヒトが呼吸によって1日に排出量する量(約1kg/人)に対して約28倍であり,私たちは生活の中で,輸送や製造,あるいは家庭での照明や冷暖房になどに多くのエネルギーを使用していることが分かります。もちろん,呼吸により排出される二酸化炭素量は削減できません。二酸化炭素の排出量を削減するために何ができるのか,温室効果ガスの削減方法について授業中に話し合うのも良い学習の機会となることでしょう。 |
|
4.おわりに
|
|
今回の実験では,30秒間息を止め,その間の酸素摂取量を求めました。もし,30秒間(あるいは1分間)通常の呼吸をして,その間に排出される呼気をポリエチレン袋に集め続け,捕集した呼気の体積を水上置換で計測する方法にすれば,肺活量計は不要です。さらに,体に対する負荷も減少し,基礎代謝量に近い酸素摂取量を求めることができるはずです。このように,本実験は,まだまだ改良の余地があります。より良い実験にするために,今後も改良に努めたいと思っています。 この原稿は「温室効果ガスの削減について考えよう」7)の一部を改訂したものです。 |
|
5.引用文献
|
|
|