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今回は、『不可視対象への挑戦』という題で、箱の中の構造を『仮説・実験・考察』によって検証して明らかにしていくことで、研究のプロセスを体験するというものでした。

まずはiGEMに関する説明、今回の授業の目的と手順などが説明されました。

参加した生徒たちは興味津々です。
机上のお菓子の箱は息抜きのためのおやつ・・・ではなく、今回の実験対象、「謎の箱」です。

今回の出前授業のために、チームメンバー総出でおかしを消費し、箱を集めたそうです。
まわりはテープで留めてあり、中はもちろん見えません。
動かすと、中で何かが転がっている様子・・・

まずはいろいろ動かしてみて、中の様子を予想します。

磁石やものさし、電子てんびんなど様々な器具を使って実験をしますが、器具は自由に使えるわけではありません。

実験の計画を立て、「何の目的で、どのように調べるために、何を使うか」をしっかりと説明しないと器具を借りることができません。（器具の借用には時間制限もあります）

まるで、本当の研究のようですね。

実験をした結果は、成果報告書として提出しホワイトボードに貼り出されます。
他の班の結果も含めて「結果→考察→仮説→実験→結果→・・・」のサイクルを繰り返していきました。

自然と、班を超えたディスカッションが生じています。合同研究でしょうか。

ついに２班が合流してしまいました。
このグループは、後に主張の違いから再分裂し新しい２つの班に再編成されました。

白熱する議論は、予定していた時間を延長させることになりました。

各班から、予想した内部構造について発表をしました。

班によって異なる予想の部分もあります。

はたして、内部構造を看破した班はあるのでしょうか。

最後に、箱の中身を開けて見てみました。
そうなっていたのか！歓声が上がりました。

かなり正確に内部構造を予想できていたのですが、みんなが予想もしていなかったギミックが仕込まれていました。
色々試している中で「なんでこうなるのだろう？何の音だろう？」と思っていたことの答えでした。

最後に授業者からの総括です。
研究は、「本当に難しい、だからこそ、楽しい！」
在学中も課題研究に一生懸命だった卒業生によるお話でした。

参加した生徒たちもとても楽しかったようで、また挑戦したい！とのことでした。
終了後も、研究について、大学について、その他いろいろなことを大学生と話していました。

iGEM TSUKUBAの皆様、ありがとうございました。

まずは全員物理室に集合。これからいよいよ実験講座の開講です。

その前に、班分けを行いました。「初日物理、2日目化学」「初日化学、2日目物理」の2班に分かれての参加です。班分けはなんと、、、生徒の発案により、クラス全員がアンケートフォームで回答する方法で決めました。しかもそのアンケートフォームは、生徒が即興で作成しネット上にあげたもの。北高生の行動力は素晴らしい。

無事にアンケートを集計し、班分けもスムーズに完了しました。

開講式です。教頭先生と理数科主任の先生からお話を頂き、実験の意義を理解しモチベーションも上がったところで、実験のスタートです。

【物理】 

まず、デジタルマルチメーターを用いてコンセントの電圧を測定しました。コンセントに挿すことができるという貴重な体験に、ワクワクドキドキ感が、生徒から伝わってきました。

ACアダプターやモバイルバッテリーなどの電気機器の電圧も測定してみました。

電源装置に、抵抗値の等しい10個の定抵抗器を直列につなぎ、各区間の電圧を測定しました。複数区間の電圧を測定することで、すべての区間を測定しなくても各区間の電圧を推定することができます。授業で習ったことを実験で実際に確認することができました。その他にも、定抵抗と可変抵抗を直列に接続し、定抵抗や可変抵抗の電圧を測定しました。

午後は、抵抗値の変化について実験を行いました。温度の高低や光の有無によって、抵抗値に変化が生じることが分かりました。電子の動きに変化が生じるので、抵抗値に変化が生じるようです。

いよいよ物理班の最後の課題、探求活動です。

「暗くなると知らせてくれるセンサーシステム」「明るくなると知らせてくれるセンサーシステム」「熱いと知らせてくれるセンサーシステム」「温度を測るセンサーシステム」の開発です。

どの班も、様々な条件を変化させながら試行を重ねていました。完成した時には拍手や歓声があがり、班員と喜びを分かち合っている姿も見られました。

【化学】

まずは、様々な金属イオンを試薬と反応させ、沈殿・水溶液の色を確認しました。例えば、硝酸アルミニウム水溶液に水酸化ナトリウム水溶液を滴下すると、少量では水酸化アルミニウムの白色沈殿が生じますが、過剰に滴下するとその沈殿が溶解し、溶液が無色透明になりました。不思議ですね。

反応によって刺激臭が発生する場合は、ドラフトという機械の中で反応させます。

濃硝酸と鉄の反応では、最初に少しだけ反応はあるものの、すぐに反応が止まりました。酸化膜が鉄の表面を覆ってしまい、反応しなくなるようです。 

希硝酸と銅の反応では、発生する気体を水上置換法で集めました。ビーカー内に空気が入らないよにセッティングするのに苦労する生徒もいましたが、なんとか準備が整い、いざ実験開始！

ビーカー内に反応によって発生した気体がある程度集まったところで、コマゴメピペットで空気を注入。すると、無色透明だったビーカー内の気体が、少し茶色に変化しました。なぜ？？？実は、反応によって発生していた気体は一酸化窒素で、それが空気中の酸素と反応して、茶色の二酸化窒素が発生していたのです。

次は、過酸化水素水を用いた酸化還元反応についての実験です。過酸化水素は、反応する相手に応じて酸化剤にも還元剤にもなることができるって、これまた不思議です。

色々な水溶液の電気分解です。水溶液内に溶解していた金属が電極に析出する様子に、多くの生徒は驚いていました。

最後は「ガラス細工」に挑戦。真っ直ぐなソーダガラスを熱し、伸ばしたり、曲げたり、空気を入れたり等、創意工夫を凝らした作品づくりに励みました。中には、音楽の楽器であるトライアングルやバスケットゴールを出す時に使用する道具のようなものを作った生徒も。皆、楽しそうに取り組んでいました。

閉講式です。代表生徒から感想を発表してもらいました。「考える力が身に付いた」という言葉から、今回の実験講座が非常に有意義なものだったことがうかがえます。

これにて、2日間取り組んだ実験講座が終了です。生徒は目を輝かせながら様々な実験に取り組んでいました。大きく成長した理数科2年生達の、今後の更なる活躍に期待です。

ヒトのゲノムを解析することで、遺伝的な違いからヒトがどのような自然選択を行い進化してきたのか、多様性の解明に繋がります。
人類学は集団遺伝学や生物人類学だけでなく、霊長類学や地球科学、医学考古学など様々な視点が必要な複合科学です。
学問同士の結び付きを実感するとともに、進化、遺伝、ヒトの持つ多様性が形成される過程について考えるきっかけになりました。

また、研究活動の様子などを紹介いただいたり、講演後の質疑応答では、講演を通して出た疑問を複数人が先生に質問して知見を深めました。

講演会の後、わたしたちは
「自分の興味ある分野でもゲノム解析などの方法で遺伝子を分析する技術が用いられていて、人類学とも似ているところがあるが、ゲノム分析の結果の考察を文化的な視点から行えるという違いが興味深かった」
「考古学、歴史、生物科学、環境学、地理など他教科との関連性について考えながら講演を聞く事ができ楽しかった」
「人類の起源を辿るという目的のために、考古学、地学、生物学など様々な分野から迫っていく様子が、一つの問題にたくさんの解法があることもある数学の問題みたいだと思った」
「農業と人間にはやはり深い関わりがあり、農業が行われていることが酒の強さ弱さに繋がるとは思わなかったので、さまざまなデータを元にしてそういう結論に至る先生がすごいなと思った」
など、感想を話しあいました。

駅周辺は住宅地ですが、住宅地でも動植物を観察することはできます。
むしろ、身近な自然は探究課題にしやすいのではないでしょうか？

道路わきのヒメスミレ（スミレ科）は、タイヤで踏まれても花を咲かせています。

スミレの仲間は本来は春に咲きますが、秋に花をつける株がしばしば見られます。
花芽形成の条件を調べるのも面白いかも？

シンテッポウユリ（ユリ科　タカサゴユリとテッポウユリの交雑種）の果実がありました。

シンテッポウユリの種子は薄い羽根状になっていて、風に乗ってよく飛びます。
もともとは園芸品種ですが、野外に逸出してあちこちで見られるようになりました。
これも探究課題になりそう・・・。

まだ花がありました。純白のきれいなユリです。

コンクリートに囲まれたところにも植物は生きています。
この区画だけで、カタバミ、オッタチカタバミ（ともにカタバミ科）、ホトケノザ（シソ科）、オヒシバ（イネ科）、ヒメマツバボタン（スベリヒユ科）、ナズナ（アブラナ科）、チチコグサモドキ（キク科）などの植物種が見つかりました。
種類の分からない芽生えもあるようなので、時期を変えてまた調べれば、10種を超える植物が見つかると思います。
この30cm×30cmほどの区画でどのような生態系が成立しているか、調べるのも面白そうです。

マサキの生垣にノブドウ（ブドウ科）、カラスウリ（ウリ科）、アオツヅラフジ（ツヅラフジ科）などのつる植物が絡んでいます。

アオツヅラフジに幼虫がいました。おそらくヒメエグリバ（ヤガ科）です。幼虫で越冬する蛾の仲間です。

見つけた植物をハンドブックで調べています。
どうやらアメリカイヌホオズキ（ナス科）のようです。この日は、イヌホオズキの仲間がたくさん見つかり、種の違いを見るよい機会になりました。
イヌホオズキ、オオイヌホオズキ、テリミノイヌホオズキ、カンザシイヌホオズキなど・・・

空き地をクズ（マメ科）が覆っています。
クズは在来植物とされていますが、樹木すら覆いつくすほどに繁茂することがあり、植生に大きな影響を与えます。
本当に在来種なのでしょうか。

クコ（ナス科）にホシハラビロヘリカメムシ（ヘリカメムシ科）がついていました。
カメムシの仲間は成虫越冬のものが多く、晩秋でも成虫をよく見ます。

ちょっと遠くて写りが悪いですが、クズ群落にツチイナゴ（バッタ科）がたくさん見られました。
バッタ科では珍しい成虫越冬の種です。
多くのバッタは、卵で越冬し春になると孵化して幼虫になります。
卵で越冬すること、成虫で越冬することには、どのような戦略的な差があるでしょうか。

植物の特徴には個体差が大きく、種の同定が難しい個体もままあります。
これはアレチノギク（キク科）でよさそうですが・・・

畑地のへりのヒメスミレ群落でツマグロヒョウモン（タテハチョウ科）の幼虫を見つけました。
なぜかコンクリートブロックに登っている個体が何匹かいたので写真を撮ったのですが、よくみると頭側（右側）に白い粒が見えます。（現地では気が付きませんでした）
寄生ハエの卵かもしれません。
寄生虫に侵入された昆虫は、おかしな行動を見せることがあります。探究のチャンスだったかも・・・

畑で作業をされている地元の方とお話をすることができました。
数十年前の付近の様子を教えてくれました。
生物のフィールドワークでは、動植物などばかりを見てしまいがちですが、聞き取り調査も重要です。
その場所がかつてどんな場所で、どんな歴史があるかや、ヒトがどのように生物と関わっているか、を知ることができます。

コニシキソウとアレチニシキソウ（ともにトウダイグサ科）は、よく似ていてぱっと見では見分けがつきにくい個体もあります。
果実を見ると、全体に白い毛が生えている（コニシキソウ）か、稜のみに毛が生えている（アレチニシキソウ）かで見分けることができます。
フィールドワークには、ルーペが必需品です。

ちなみにオオニシキソウ（トウダイグサ科）は大きさが全然違うので見間違えませんが、果実に毛がありません。

荒川の河川敷に入りました。
石の下にいる虫を探しました。カメムシやゴミムシの仲間が見られます。

マルバヤナギやカワヤナギ（ともにヤナギ科）の若木が見られます。
ヤナギは水際でよく見られる樹木です。どのような特徴があるでしょうか？

ホシアサガオ（ヒルガオ科）が見つかりました。
アサガオの仲間は意外に種類が多く、今回はアサガオ、マルバアサガオ、アメリカアサガオ、マルバアメリカアサガオ、マメアサガオ、マルバルコウ、ホシアサガオの7種がみられました。

河川敷では、希少な在来種が見つかることがよくあるのですが、今回は探せど探せど外来種ばかりでした。
上流にできたダムのために川が氾濫しなくなり、氾濫の影響を受けるような河原に生息する在来の植物は絶滅の危機に瀕しています。
水害は困りますが、生物多様性に影響があるのも問題です。どうすればよいのでしょうか。

道なき道を進んで河川敷を出て、駅に戻ります。

駅前に戻って閉会行事です。羽生行の時刻が近づいていたので、手短に・・・。

参加者の感想（抜粋）
・生物の多様さを見ることができた。似ているけれど違いがある、似ていないけど共通点があるといったことがあり面白かった。
・アサガオやホオズキの仲間が、同じようでも違いがあって面白かった。自分でも確認してみたい。
・自分が通っている学校の近くなのに、見たことのない植物がたくさんあった。
・季節的に昆虫はあまり見れないかなと思ったけれど、ゴミムシの仲間がたくさんいてよかった。
・住宅街から河川敷まで環境が変わって見られる生物が変わっていくを見れた。これまで覚えたつもりの植物が、花がついていないだけで分からなくなってしまった。
・自宅の近くの川と比べてみたいと思って参加したが、近所の川と違って多様な生物を見ることができた。
・冬が近づいて、カラフルな花はないだろうと思っていたが、小さいけれどきれいな花や実を見ることができた。

今回は、季節の違いで見られる生物（あるいは、見慣れた生物の異なる姿）を見ることができました。
生活圏から離れた場所でのフィールドワークも楽しいのですが、季節の違いや、年月の経過での変化を調べるには身近な自然が一番です。
身近な自然を大切にしていってほしいと思います。

次回の公開講座は3月22日（土）、秩父市武州日野駅周辺で春の里山の動植物観察を予定しています。
近くなりましたら（2月初旬ごろ）、参加申し込みフォームをアップいたします。
フィールドに興味関心のある方のご参加をお待ちしております。