高等学校生物 > 生物I > 環境と動物の反応
生物に作用して反応を起こさせる要因を刺激(stimulation)と呼ぶ。
眼や耳などの、刺激を受け取る器官を受容器(じゅようき、receptor)という。生物が刺激に対して活動を起こすことを反応(reaction)と呼ぶ。
反応は筋肉や腺などの効果器(こうかき、effector)で引き起こされる。効果器のことを作動体ともいう。そして受容器と効果器との間は神経系で結ばれている。
受容から反応まで、次のような順序である。
また、刺激を受けた感覚細胞が活動状態となることを興奮（こうふん）という。興奮の正体は、細胞膜の電気的な変化である。
受容器はそれぞれ受容する刺激が決まっており、受容できる刺激を適刺激（てきしげき、adequate stimuli）と呼ぶ。
ヒトの五感と受容器と適刺激は次の表のようになっている。
感覚細胞は一定以上の強さの適刺激を受けないと興奮しない。興奮するための刺激の最小値のことを閾値(いきち、threshold)という。
眼のように光を受容する器官を'視覚器(optic organ)'と呼び、
光の感覚を視覚(vision)と呼ぶ。
ヒトの眼はカメラとよく似た仕組みになっており、このヒトの眼の仕組みをカメラ眼という。
眼は、水晶体（すいしょうたい、lens）で光を屈折し、網膜（もうまく、retina）に像を上下左右逆に結ぶ。カメラに例えると、水晶体がレンズに相当し、網膜がフィルムに相当する。
ヒトの眼での遠近のピント調整は、カメラでいうレンズに相当する水晶体の厚さをかえることで遠近のピントを調整している。機械式カメラとは違って、レンズの前後移動に相当するような仕組みは無い。
ヒトの眼は、前部の表面に角膜(cornea)があり、その内側に瞳孔(pupil)と虹彩(iris)があり、さらにその内側に水晶体(lens)とチン小帯(Zonule of Zinn)と毛様体(ciliary body)がある。
内部には球形のガラス体(Vitreous humour)があり、それを囲むように網膜(retina)がある。
網膜の盲斑(もうはん、blind spot)からは視神経が伸びている。盲斑には視細胞（しさいぼう、visual cell）が無く、そのため、盲斑に像が写っても見えない。盲斑のことを盲点（もうてん）ともいう。
光は視細胞で電気信号にかえられ、その電気信号が視神経を通り脳（主に大脳）へ送られ、視覚が発生する。
網膜の視細胞(visual cell)には二種類の視細胞があり、明暗を感じるかん体細胞(かんたいさいぼう、桿体細胞、rod cell)と、色を感じる錐体細胞(すいたいさいぼう、cone cell)がある。
かん体細胞は明暗のみを区別し、色は区別しない。視細胞には光を吸収する物質の視物質があり、吸収によって、その細胞の特性が変化することから、それぞれの視細胞で光あるいは色などを感じている。
ヒトやサルの錐体細胞では、三原色の赤・青・緑の区別をしており、三種類の錐体細胞（青錐体細胞、赤錐体細胞、緑錐体細胞）でこれらの色を区別しており、色覚が生じている。三種類の錐体細胞は、光の波長によって感度が異なり、それぞれ420nm（青）、530nm（緑）、560nm（赤）を中心に吸収する。このような仕組みで色覚が生じている。なお、緑と赤が近い。
こららの三種類の錐体細胞では、それぞれの色に対応する視物質のフォトプシンがふくまれており、その色の光を良く吸収する。そのため三種類の錐体細胞の色の感度が異なる。
錐体細胞は、網膜の中央部の黄斑に多く分布する。
明るいところで、錐体細胞は、よく働く。弱い光では錐体細胞は反応しない。このため暗いところでは色を区別できない。
錐体細胞の色の光を吸収する色素は、光を吸収すると一時的に分解する。この分解を視細胞が感じ取っており、色覚を生じている。
白色の光は、赤・青・緑のすべての色をふくんでいる光であり、白色光があたると三種類の錐体細胞が三種類とも興奮する。
動物によっては、錐体細胞の種類の数が異なり、そのためヒトとは異なる色の世界を見ている動物も多い。
かん体細胞にはロドプシンという感光する物質が含まれている。ロドプシンの色が紅色なので視紅（しこう）ともいう。ロドプシンに光が当たると、レチナールとオプシン（タンパク質の一種）に分解される。この際、かん体細胞での細胞膜のイオンの透過性が変化し、そのため細胞が興奮する。
ロドプシンはビタミンAから作られる。そのためビタミンAが不足するとロドプシンが不足するので、暗いところで物が見えなくなる夜盲症（やもうしょう）になる。
暗いところから明るいところになったとき、
視覚器が次第になれてくることを明順応(めいじゅんのう、light adaptation)といい、
その逆を暗順応(あんじゅんのう、dark adaptation)という。
明順応の仕組み
暗順応の仕組み
眼は、明暗を虹彩にある瞳孔を拡大縮小することで調節している。明るい所では瞳孔は小さくなる。暗いところでは瞳孔が大きくなる。
また、遠近を水晶体を厚くしたり薄くしたりすることで調節している。
遠くを見るとき、水晶体はチン小帯に引っ張られてうすくなり、このため焦点距離が長くなり（屈折率は小さくなり）、遠くの物が網膜上に像を結ぶ。チン小帯は毛様体の筋肉に引っ張られて調節される。
いっぽう、近くを見るとき、チン小帯がゆるみ、水晶体は自らの弾性で厚くなる。このため屈折率が大きくなり焦点距離が短くなり、ちかくの物が網膜上に像を結ぶ。
ヒトの耳のように音を受容する器官を聴覚器(ちょうかくき、auditory organ)と呼び、
音の感覚を聴覚(ちょうかく、hearing)と呼ぶ。
ヒトの耳は、外耳(がいじ、outer ear)、中耳(ちゅうじ、middle ear)、内耳(ないじ、inner ear)の３つの部分からなる。音波を受容する聴細胞（ちょうさいぼう）は内耳にある。
音は空気の振動であり、空気の波である。音の波を、音波（おんぱ）という。音は、外耳の耳殻で集められ、外耳道を通る。
音は中耳にある鼓膜（こまく、eardrum）を振動させ、耳小骨（じしょうこつ、ossicle）によって振動が増幅される。
振動は内耳にあるうずまき管(cochlea)を満たすリンパ液に伝わる。
リンパ液の振動は、うずまき管内の基底膜を振動させ、基底膜のコルチ器(Corti's organ)と呼ばれる部分の聴細胞（ちょうさいぼう）の感覚毛を変形させ、聴細胞が興奮する。詳しく言うと、リンパ液の振動によって、コルチ器の聴細胞の感覚毛が、その上をおおっているおおい膜(tectorial membrane)と接触し、その結果、コルチ器の聴細胞が興奮して、最終的に聴覚が生じる。
聴細胞の興奮は、聴神経（ちょうしんけい）によって大脳に伝わって、こうして聴覚（ちょうかく）が発生する。
また、耳は聴覚のほかに、からだの傾きなどを感じる平衡覚（へいこうかく）を感じる。
からだの姿勢・動作を知る感覚を、平衡覚(sensation of equilibrium)と呼ぶ。
平衡覚は、前庭（ぜんてい、vestibule）と半規管（はんきかん、semicircular canals）によって感じる。内耳に、前庭と半規管がある。
前庭では、感覚毛(vibrissa)を持った感覚細胞があり、この上に耳石(じせき、otoconium）という石灰質（炭酸カルシウム）の粒子が乗っている。体が傾くと、前庭では耳石が動き、感覚毛を持った感覚細胞が刺激として受け取るので、こうして体の傾きを感じる。耳石のことを平衡砂（へいこうさ）あるいは平衡石（へいこうせき）ともいう。
また、体が回転すると、半規管ではリンパ液がうごき、それを感覚毛をもった有毛の感覚細胞が刺激として受け取るので、こうして体の回転を感じる。
体の回転を止めても、感覚では回りつづけるような感じがする現象、いわゆる「目が回る」現象のある理由は、体の回転を止めてもリンパ液は慣性によって、しばらく流れ続けているからである。
半規管では3個の半円状の管があり、この3個の半規管は、それぞれ直交して約90度をなす配置になっている。この３つの半規管によって、それぞれ前後・左右・水平の3方向の平衡感覚を区別している。
半規管の一方の根元にはふくらんだ部分があり、そこの内部に有毛の感覚細胞がある。
基底膜の振動する箇所が、音の高低によって違う。なお、音の高低の正体とは、音波の振動数の違いであり、振動数が大きいほど音も高い。
振動数が大きい音ほど、うずまき管の入口ちかくのを振動させ、つまり鼓膜に近いがわが振動する。
いっぽう、振動数が小さい音ほど、うずまき管の奥を振動させる。
ヒトは20000Hz（ヘルツ）以上の音を聞き取ることが出来ない。Hzとは1秒間あたりの振動数。つまり20000Hzとは1秒間につき2万回の振動ということ。ヒトが聞き取れないほどに高い音波のことを超音波（ちょうおんぱ、英:ultrasonic）という。コウモリなど、いくつかの動物には、超音波を聞き取れるものがいる。コウモリは飛びながら超音波を発し、反射して帰ってきた超音波を感じることができるので、これによって夜間などでも周囲の状況を知ることができる。
鼻のように気体の化学物質を受容する器官を嗅覚器(きゅうかくき、olfactory organ)と呼び、
その感覚を嗅覚(きゅうかく、olfaction)と呼ぶ。
鼻には、入口の鼻孔(nostril)、その奥の広い鼻腔(nasal cavity)、鼻腔の上部の嗅上皮(きゅうじょうひ、olfactory epithelia)がある。
嗅上皮には、嗅細胞(きゅうさいぼう、olfactory cell)があり、表面の粘液層に繊毛をだし、粘液に溶け出した化学物質を嗅細胞の受容体が受容して興奮する。受容体に種類があり、種類ごとに結合できる物質がちがうので、それによって、においを区別できる。受容体の結合によってイオンチャネルが開き、電位が変化して、興奮する。嗅細胞の興奮が嗅神経によって脳へ伝えられていき、脳で嗅覚として認識する。
舌のように液体の化学物質を受容する器官を味覚器(みかくき、Gustatory organ)と呼び、
その感覚を味覚(みかく、gustation)と呼ぶ。
舌の表面には、舌乳頭(ぜつにゅうとう)と呼ばれるつぶつぶが多数あり、
舌乳頭には、味覚芽(みかくが、gustatory bud)と呼ばれる受容器が多数あり、この味覚芽に受容体がある。
味覚芽には、味孔()と呼ばれる孔の奥に味細胞(みさいぼう、gustatory cell)があり、この味細胞の細胞膜にタンパク質でできた受容体があり、
その味細胞の受容体が水などに溶け出した化学物質を受容する。
ヒトの味覚には、甘味（あまみ）、塩味（しおみ）、苦味（にがみ）、酸味（さんみ）、うま味（うまみ） の5つがある。コンブにふくまれるグルタミン酸ナトリウムなどが、うま味をひきおこす物質である。カツオブシのイノシン酸ナトリウムも、うまみをひきおこす。
日本人の池田菊苗が、グルタミン酸ナトリウムによる、うま味を発見した。なお、池田の弟子の木霊新太郎がカツオブシのイノシン酸ナトリウムのうま味を発見した。
特定企業の商品だが「味の素」の主成分が、グルタミン酸ナトリウムである。
グルタミン酸は核酸の主成分であり、イノシン酸は核酸の主成分である。
塩味など、水などに溶けた化学物質が受容体に結合すると、チャネルが開き、電位が変化してシナプスから神経伝達物質を放出し、味神経を興奮させ、興奮が脳へ伝えられていき、脳で味覚を認識する。
私たちが甘みやうまみを「おいしい」と感じるのは、その感覚を起こす物質が生きるのに必要な場合が多いからである。たとえば甘みなら、砂糖などの糖分が含まれており、エネルギーの摂取に役立つ。うま味の物質はタンパク質やアミノ酸などの場合が多く、肉体を構成するのに必要な物質である。逆に、苦味を「まずい」味だと感じるのは、それが危険な物質である場合が多いからである。酸味は、腐敗物にふくまれる場合があり、そのため、注意が必要な味として感じているだろう、などと思われている。
トウガラシにふくまれる化学物質のカプサイシンの辛み（からみ）は、痛覚を刺激しており、触角に近い「痛み」の感覚であり、純粋な味覚ではない。ところが、このような辛みを、脳は「味」として認識することから、どうやら味覚と触覚の感覚は、似たような受容の仕組みを持っているらしい、とも言われてる。まだ学者たちが辛みについては研究中なので、高校は深入りする必要は無い。
[2]
皮膚のように接触の刺激を受容する器官を触覚器()と呼び、
その感覚を触覚()と呼ぶ。
また、皮膚は触覚のほかに温覚、冷覚、痛覚を感じる。
触覚を感じるのはメルケル小体()やマイスナー小体(Meissner corpuscle)やパチーニ小体(pacinian corpuscle)（触点）、
温覚(sensation of warm)を感じるのはルッフィーニ小体()（温点）、
冷覚(cold sensation)を感じるのはクラウゼ小体()（冷点）、
痛覚()を感じるのは痛点（つうてん）という神経の自由末端である。
筋肉の内、骨格筋(きんせんい、skeletal muscle)は、自分の意志で動かすことができる。
骨格筋には、屈筋(くっきん、flexor muscle)と伸筋(しんきん、protractor muscle)があり、これによって腕や脚を曲げたり伸ばしたりできる。
骨格筋の筋繊維(きんせんい、muscle fiber)は多核の細胞であり、
筋繊維の中には多数の筋原線維(きんげんせんい、myofibril)が束になっている。
つまり、筋原繊維の束（たば）が筋繊維である。筋繊維の束が骨格筋などのそれぞれの筋肉である。
筋原繊維は、光学顕微鏡で観察すると、明るい明帯（めいたい）と、暗い暗帯（あんたい）とが、交互に並んでいる。明るく見える部分は明帯(めいたい、light bands)といい、
暗く見える部分は暗帯(あんたい、dark bands)という。
明帯の中央にある仕切りをZ膜()という。
Z膜とZ膜との間をサルコメア(筋節、sarcomere)といい、このサルコメアが筋収縮の単位がある。
筋繊維は細いアクチンフィラメントと、太いほうがミオシンフィラメントで、できている。
アクチンが明帯であり、ミオシンが暗帯である。
この骨格筋の縞模様のことを横紋（おうもん）ともいい、骨格筋には横紋が見られるので骨格筋のことを横紋筋（おうもんきん）ともいう。
ミオシンはATP分解酵素を持っており、運動のためにATPを分解してADPにする。筋肉は、このATPのエネルギーを利用して、力を出している。
なお、一般に、ミオシンのような運動を発生させるタンパク質のことを「モータータンパク質」という。
（※ 専門『生物』の範囲外）余談だが、筋肉組織だけでなく、微小管上を移動するキネシンとダイニンもモータータンパク質であることが知られている。なお、キネシンとダイニンもそれぞれATPを分解する部位を持つ。（※ 一部の教科書で紹介。）
筋収縮では、ミオシンフィラメントの間にアクチンフィラメントが滑り込む。この説を滑り説（すべりせつ、sliding filament model）という。
比喩として、よくアクチンが鉄道などのレールにたとえられ、ミオシンのほうがレールの上を移動する何らかの移動体などに（ミオシンが）例えられる(啓林館の教科書にもある比喩)。
なお、余談だが、植物の原形質流動でも、ミオシンとアクチンとの何らかの相互作用が起きている、と考えられている（※ 参考文献: 第一学習社の専門『生物』）。また、アメーバの運動は、アクチンによるものである（※ 参考文献: 数研出版の専門『生物』）。
筋原繊維は、筋小胞体に囲まれている。
神経の刺激によって活動電位が発生したさい、筋小胞体からCa2+が放出される。
このCa2+がの作用で、アクチンフィラメントにあるトロポニンと結合し、アクチンフィラメントに付着しているトロポミオシンの構造が変化することで、トロポミオシンによってさえぎられていたアクチンのミオシン結合部位が露出し、アクチンフィラメントがミオシンと作用できるようになり、よって筋収縮が起きる。こうしてサルコメアが収縮することで、筋収縮が起きている。
カエルのふくらはぎの骨格筋にへの電気刺激の収縮量の測定実験（キモグラフを用いる）で、つぎの段落で説明する単収縮・強縮のしくみが事が明らかになってる。
カエルなどの実験動物の骨格筋に運動神経を付けたまま取り出したものを、神経筋標本という。
実験動物の座骨神経（ざこつ しんけい）のついたままの神経筋標本に、1回の短い電気刺激を与えると、収縮したのち、すぐ（0.1秒ほど）に弛緩（しかん）する。この1回の電気刺激で起こる1回の収縮を単収縮(たんしゅうしゅく、twitch)という。単収縮のことを、れん縮（れんしゅく, spasm）ともいう。
筋肉が弛緩する前に次の電気刺激を行うことを繰り返しつづけると、持続的で強い収縮を行う。この強い収縮を強縮(きょうしゅく、tetanus)という。
動物の骨格筋の運動での収縮は、普通は、強縮である場合が多い。
強縮でも、刺激の頻度が低ければ（1秒間に15回の割合）、測定される波形は、単収縮が重なり合ったようなギザギザした形の不完全強縮になる。刺激の頻度がじゅうぶんに多ければ（1秒間に30回の割合）、完全強縮になる。
筋繊維はニューロンによって制御されているため、神経線維の「全か無かの法則」と同様、1本の筋繊維も、刺激の強さが収縮を起こせる一定値（閾値）以上の強さの刺激があれば筋繊維は収縮し、刺激が一定の強さに届かなければ収縮しない。
閾値は筋繊維の一本一本ごとに違う。
一本の運動ニューロン（motor neuron）が枝分かれして多くの筋繊維を制御する。この一本の運動ニューロンによって管理されている筋肉を、それを管理する運動ニューロンとまとめて、運動単位（うんどうたんい）という。
筋肉が収縮するさいの直接のエネルギー源はATPである。筋肉の収縮は、ATPを消費して、ATPがADPに変化する。ミオシンの頭部にATP結合部位があり、このミオシン頭部がATP分解酵素としても働き、こうしてATPを分解することで筋収縮のエネルギーを得ている。
急激な運動などで、呼吸や解糖によるATP合成が追いつかない場合は、筋肉にたくわえられているクレアチンリン酸（phosphocreatine）を用いて、ATPを合成する。
クレアチンリン酸は、ATPと同様に高エネルギーリン酸結合を持っている。
休息時などでATPが十分にあるときに、ATPのエネルギーを用いて、クレアチンからクレアチンリン酸が合成され、クレアチンリン酸が貯蔵され、エネルギーを蓄えている。
筋線維を取り出し、それに光またはX線を当てると、光の回折（かいせつ）が見える。その回折光のパターンは、筋線維の横紋の周期に由来していると考えられている[3]。
これを用いて、筋節（きんせつ）の長さを測定できる。筋節とは、横紋の1周期ぶんの長さのことで、普通は Z帯から次のZ帯までの長さ を採用する[4]。
[5]
シビレエイやデンキウナギなどが発電器官をもつ生物には発電器官がある。
発電器官は筋肉が変化した発電板()が多数重なってできている。
発電版には片側に神経が分布している。
発電版は普段は外側が+で内側が-であり、発電器官を電流が流れることはないが、
興奮時は神経が分布している側の電位が逆になり、発電板が直列につながることで高電圧を生じる。
シビレエイは50～60V、デンキウナギは800Vの起電力が測定される。
ホタルは腹部に発光器官を持つ。
発光器官をもつ生物には、ホタル、ホタルイカ、オキアミなどが挙げられる。
ホタルの発光器官は発光細胞層()と反射細胞層()からなる。
発光細胞層から発光物質を分泌し、気管から取り込んだ酸素と反応させ発光させ、反射細胞層で光を外側に反射する。
ウミホタルは口の近くの発光腺から発光物質を分泌する。
この物質が体外で酸化し発光する。
ホタルは、雌と雄とが出会う手段として、自己の発光を利用している。
・ルシフェリンとルシフェラーゼ
ホタルの尻尾にある器官に、発光物質のルシフェリンがある。ルシフェリンが、酵素のルシフェラーゼが触媒として、ATPと酸素O2と反応して、酸化ルシフェリン（オキシルシフェリン）になる。この反応に伴って、発光が起こる。
・ルシフェリンの応用（おぼえなくて良い。範囲外。参考。）
よってATPの量の測定手段として、ルシフェリンと蛍光光度計を用いることにより、ATP量が測定できる。微生物量測定などのバイオテクノロジーにもルシフェリンが利用されている。また、遺伝子組み換え実験などでも、暗闇で光らせられるので、目的の細胞を見分けるためのマーカーとしても利用されている。
ATP量の測定については、反応する前のルシフェリンとルシフェラーゼの量を、一定にしておけば、ATPの量によって発光の強さが変わるからである。ところで、ほとんどの細菌は体内にATPをもつから、ルシフェリンを用いて、細菌の量を測定できる。つまり、微生物による汚染の度合いを測定できる。
遺伝子組み換えについては、ルシフェラーゼをつくる遺伝子を目的の細胞に導入しておくと、ルシフェラーゼの導入された植物は、暗闇で光り輝くので、融合が成功したかどうかを確かめることができる。ルシフェラーゼ遺伝子のように、細胞融合が成功したかどうかを確かめるための遺伝子をマーカーという。
動物の体色が変化する現象を体色変化()と呼ぶ。
体色変化する生物には、ヒラメやカメレオンなどが挙げられる。
メダカの体色変化は、色素胞(しきそほう)と呼ばれる細胞で、内部にある色素果粒()が、神経やホルモンの働きにより、凝縮したり拡散したりすることで起こる。
生物が能動的に音を出すことを発音と呼び、
発音を行う器官を発音器官()と呼ぶ。
ヒトの発音器官は咽頭部の声門(glottis)である。
声門の軟骨の間にある声帯(vocal cord)と呼ばれる部分が、通過する空気によって振動して声が出る。
特定の物質を分泌する器官を腺(せん、gland)と呼ぶ。
腺には、体外に分泌する外分泌腺(がいぶんぴせん、exocrine gland)と、体内に分泌する内分泌腺(ないぶんぴせん、endocrine gland)がある。
内分泌腺はホルモンを体内の血流に分泌する。内分泌されたホルモンは血流によって全身に運ばれる。
外分泌腺には、皮膚で汗を分泌する汗腺(かんせん、sweat gland)や、口で唾液を分泌する だ腺(だせん、salivary gland)などがある。
分泌物は腺細胞()で作られ、排出管()を通り分泌される。
刺激をある器官から別の器官へ伝える器官系を神経系(しんけいけい、nervous system)と呼ぶ。
神経系はニューロン(neuron)と呼ばれる神経細胞から成り立っている。
ニューロンは、細胞体(さいぼうたいcell body)と、細胞体の周りの多数の樹状突起(じゅじょうとっき、dendrite)と、細胞体から伸びる一本の軸索(じくさく、axon)からなる。
軸索はシュワン細胞(Schwann cell)でできた神経鞘(しんけいしょう、neurilemma)で囲まれており、軸索と神経鞘をあわせて神経線維(nerve fiber)と呼ぶ。
神経線維には髄鞘のある有髄神経線維()と、髄鞘のない無髄神経線維()とがある。
有髄神経線維の髄鞘のないくびれをランビエ絞輪(ランビエこうりん、Ranvier's constriction ring)と呼ぶ。
ニューロンとニューロンの連結部をシナプス(synapse)と呼ぶ。
刺激を受けた細胞が休止状態から活動状態になることを興奮(こうふん、excitation)と呼ぶ。
興奮がニューロンの中を伝わることを伝導(でんどう、conduction)と呼び、
シナプスを介してあるニューロンから別のニューロンへ刺激の情報が伝わることを伝達(でんたつ、transmission)と呼ぶ。
伝導はニューロンの電気的変化で伝えられる。この電気を起こす正体はニューロンの細胞膜にあるイオンポンプやイオンチャネルの働きである。そのため、神経細胞は体液に取り囲まれている。神経での伝導は、金属の電気伝導などとはちがい、ニューロンの興奮の伝導では電気が伝わるのに時間が掛かる。（無髄神経線維を興奮が伝導する速さは1m/秒程度。
有髄神経線維を興奮が伝導する速さは100m/秒程度である。）
ニューロンの細胞内は刺激を受ける前、細胞内は負に帯電しており、膜外を基準にすると膜内は －90mV ～ －60mV （ 平均 －70mV ） の負の電位をもっており、このような刺激を受ける前の膜内の負の電位を静止電位(せいしでんい、resting potential)という。
ニューロンの一部に刺激を受けると、一瞬、刺激を受けた場所の電位が変化する。
まず、刺激を受けた直後、刺激を受けた場所の細胞内の電位は一瞬、細胞の内側が外側よりも高い電位になり、細胞内は約+40mVの電位をもつ。その後、すぐ（約1／1000秒）もとの静止電位にもどる。このような電位の変化を活動電位(かつどうでんい、action potential)という。
神経の興奮の正体は、活動電位の発生である。
ニューロンの一部分の興奮は、ニューロン上のとなりの細胞へと伝わっていく。これが伝導（でんどう）である。その結果、興奮は、ニューロン線維の両側へと伝導していき、ニューロンの両端まで伝わっていく。
神経細胞の活動電位にも、神経細胞の膜表面にあるイオンチャネルとナトリウムポンプが関係している。
１
２
３
４
1本のニューロンは、刺激の強さが一定値より弱いと興奮しない。この、さかいめの一定値を閾値（いきち）という。閾値以上だとニューロンは興奮し、その興奮の大きさは刺激の強さによらず一定であり、活動電位の大きさは一定である。
ニューロンは、刺激に対して、興奮するか、興奮しないか、のどちらか２通りだけである。
ニューロンの、このような反応の現れ方を全か無かの法則(ぜんかむかのほうそく、all-or-none law)と呼ぶ。
このようにして軸索のある箇所に活動電位が起こると、興奮部と隣接する静止部の間に電流が生じ、その電流を活動電流(かつどうでんりゅう、action current)という。活動電流によって隣（となり）の静止部に興奮が起き、さらに、その興奮によって、そのまた隣の静止部に興奮が起き･･･、というように活動電流によって次々と興奮が伝わっていく。
これを興奮の伝導（でんどう、conduction）という。
興奮をした直後の部位は、しばらく興奮しない状態になる。しくみは、イオンチャネルがしばらく不活性になるからである。この興奮直後の部位の刺激に応答しない時期のことを、不応期（ふのうき）という。
このため、刺激を受けた場所には興奮は戻らず、刺激は静止している側へと伝わっていく。
興奮を伝わる速度は、無髄神経繊維よりも、有髄神経線維のほうが、興奮の伝わる速度が速い。
この理由は、有髄神経繊維では髄鞘（ずいしょう）は電気を通しにくい電気絶縁体であり、活動電流がランビエ絞輪（ランビエこうりん）から隣のランビエ絞輪へと飛び飛びに伝わるためである。このように有髄神経線維にて、興奮がとびとびに絞輪から次の絞輪へと伝導する現象のことを跳躍伝導（ちょうやくでんどう、 saltatory conduction）という。
無髄神経繊維を興奮が伝導する速さは1m/秒程度で、
有髄神経繊維を興奮が伝導する速さは100m/秒程度である。
文献によって、伝導速度や太さや温度などの細かな数値は、少し違う。なので、細かい数値は、おぼえなくて良い。たとえばネコの場合、文献によって、伝導速度が120だったり110だったり100だったりする。だいたいの数値を把握すればよい。
※参考文献（伝導速度の数値の出典）
その他、各社の教科書や参考書などを参考文献・引用文献にした。
軸策が太いほど、伝導速度が速い。また、温度が40℃未満なら、温度が高いほど、伝導速度が速い。40℃以上に温度が高くなると、伝導しにくくなる。
イカやミミズは、太い神経軸策（巨大神経軸策）を持っており、そのぶん、興奮が伝わる速度も速い。逃げるさいなど、巨大軸策のおかげで信号が早く伝わるので行動の開始が早く、生存に有利だったと考えられている。
ふつう、神経は多数の軸策からなっている。
刺激が大きいほど、神経細胞の興奮の発生頻度が多くなる。なぜなら刺激が強いほど、個々のニューロンでの興奮の頻度も増え、また、多くの感覚細胞が反応することでニューロンも多数が反応するからである。
脳で感じる興奮の大きさの感覚の正体は、神経細胞から伝えられた興奮の発生頻度である。興奮の頻度が高いほど、脳で感じる興奮が大きくなる。
一つの軸索の先端と、他の神経細胞または筋肉などの効果器との間の部分をシナプスという。神経と筋肉との間のこともシナプスという。一つの神経の信号は、シナプスを経て、つぎの神経または効果器へと伝わる。
シナプスには、小さな隙間（すきま、かんげき）があり、シナプス間隙（シナプスかんげき）という。
シナプスから次のニューロンへと信号を伝える方法は、化学物質の分泌（ぶんぴ、ぶんぴつ）による。そのシナプスでの分泌物を神経伝達物質(しんけいでんたつぶっしつ、neurotransmitter)といい、軸索の末端から分泌される。神経伝達物質には、ノルアドレナリンやアセチルコリン、セロトニン(serotonin)、γアミノ酪酸（ガンマアミノらくさん）、ドーパミン（dopamine）などがある。
交感神経の末端からはノルアドレナリンが分泌される。副交感神経の末端からはアセチルコリンが分泌される。筋肉を動かす神経である運動神経の末端からはアセチルコリンが分泌される。
軸索の末端の内部には、つぶ状のシナプス小胞(シナプスしょうほう、synaptic vesicle)という物質があり、このシナプス小胞に伝達物質が含まれている。シナプスに興奮が伝わるとシナプス小胞から、アセチルコリン(acetylcholine)、ノルアドレナリン(noradrenaline)などの神経伝達物質(neurotransmitter)が分泌されることで、となりの細胞に興奮が伝えられる。
軸索の末端に、電位に依存するカルシウムチャネル（ Ｃａ２＋チャネル ）があり、このＣａ２＋チャネルに活動電位が到達することで、このチャネルが開き、Ｃａ２＋が軸策末端の細胞内に流入する。このＣａ２＋の流入によって、シナプス小胞の膜が 軸策末端の膜（シナプス前膜） と融合し、神経伝達物質がシナプス間隙に放出される。
シナプスのうち、放出側の細胞のほうをシナプス前細胞（シナプスぜんさいぼう）といい、その放出側のシナプス前細胞の細胞膜を、シナプス前膜（シナプスせんまく）という。シンプスのうち、受け取り側の細胞のほうをシナプス後細胞（シナプスこうさいぼう）といい、そのシナプス後細胞の細胞膜をシナプス後膜（シナプスこうまく）という。
受取り側の、となりの細胞の細胞膜には、伝達物質の受容体があり、さらに、その受容体によって働きの変わるイオンチャネルがある。（受容体がイオンチャネルを兼ね備えている場合もあるし（イオンチャネル型受容体）、受容体とイオンチャネルがそれぞれ存在する場合もある。　※ 高校の範囲外だろう。）
さて、伝達物質に依存するイオンチャネルが、受け取り側の細胞膜に存在している。伝達物質依存性のイオンチャネルが、伝達物質と受容体との結合によって働いて、興奮についての信号がとなりの細胞に伝わる。シナプスでの興奮が一方向（ シナプス → となりの細胞 ）に伝達され、信号は逆流はしない。
シナプスを介してある軸索から、となりの細胞へ興奮についての情報が伝わることを伝達(でんたつ)と呼ぶ。シナプスから出る化学物質によって、興奮の情報は伝達される。
シナプスで放出される神経伝達物質には、興奮をさせる興奮性の物質と、興奮をさせにくくする抑制性の物質とがある。興奮性の物質にはアセチルコリンやノルアドレナリンがある。抑制性の物質には、γアミノ酪酸（ガンマアミノらくさん、GABA）やグリシンがある。
さて、興奮性の神経伝達の場合では、Na＋チャネルが開き、Na＋が細胞内に流入して、活動電位が生じる。シナプスに限らず、神経細胞の興奮は、ナトリウムイオンの神経細胞内への流入によって起きている。いっぽう、抑制性の神経伝達物質の場合は、Cl－チャネル（読み：「クロライドチャネル」）が開き、Cl－が細胞内に流入する。
これらのイオンチャネルの働きによって、受け取り側の細胞での膜電位が変わるので、膜電位の高低によって、興奮や抑制の、コントロールが行われている。
Na＋チャネルが開けば膜電位は高まり、膜電位が高まれば、受け取り側の細胞は興奮をする。
いっぽう、Cl－チャネルが開けば膜電位は下がり、膜電位が低ければ、受け取り側の細胞は抑制される。
Na＋チャネルとCl－チャネルの両方が開けば、膜電位の高低が打ち消しあう。
しだいに神経伝達物質は、再吸収されたり、あるいは酵素（コリンエステラーゼなど）によって分解されたりするので、興奮や抑制は、しだいに終わっていく。そして、次に来る信号が伝達可能になる。
興奮性の伝達物質を放出するシナプスを興奮性シナプス（excitatory synapse）といい、いっぽう、抑制性の伝達物質を放出するシナプスを抑制性シナプス（inhibitory synapse）という。
シナプスの後膜の電位のことを後電位（こうでんい）あるいは後膜電位（こうまくでんい）という。興奮性シナプスの後電位のことを興奮性シナプス後電位（EPSP：excitatory postsynaptic potential）という。抑制性シナプスの後電位のことを抑制性シナプス後電位（IPSP：inhibitory postsynaptic potential）という。
シナプスで情報がシナプス前細胞からシナプス後細胞に伝わるのに、約1ミリ秒～2ミリ秒がかかり、この遅れ（おくれ）のことをシナプス遅延（シナプスちえん）という。
神経毒のサリンは、アセチルコリンの分解を行う酵素（コリンエステラーゼ）の働きを、さまたげる。（数研の（チャート式だけでなく）専門生物の検定教科書にも書いてある。）
神経系の種類には、神経細胞（ニューロン）が体全体に散在し網目状に連絡している散在神経系(diffuse nervous system)と、脳・脊髄などに神経細胞（ニューロン）のあつまった集中神経系(concentrated nervous system)がある。
脳・脊髄・神経節などをまとめて中枢神経系(ちゅうすうしんけいけい、central nervous system)という。集中神経系の動物の神経のうち、中枢神経以外の部分の神経を末梢神経系(まっしょうしんけいけい)という。
散在神経系をもつ生物にはイソギンチャクやヒドラやクラゲなどがあげられる。
集中神経系は、脊椎動物などにみられる。ミミズやプラナリアの神経は、集中神経系である。バッタ・ハチなど昆虫の神経系は集中神経系である。
感覚器で受けた刺激の情報は感覚神経によって脳(のう、brain)へ送られ、
脳はその情報を判断し、
運動神経によって効果器に情報が送られ反応する。
脊椎生物の脳は大脳(だいのう、cerebrum)、間脳(かんのう、diencephalon)、中脳(ちゅうのう、midbrain)、小脳(しょうのう、cerebellum)、延髄(えんずい、medulla oblongata)からなる。
ヒトの脳には約一千億個のニューロンがあり、そのニューロンには数千のシナプスがあり、複雑なネットワークを形作っている。
大脳の構造は、左右の半球に分かれており、それら左右を結ぶ脳梁(のうりょう、corpus callosum)がある。
両半球は表層は大脳皮質(だいのうひしつ、cerebral cortex)でおおわれており、ニューロンの細胞体があつまって灰色をしているため 灰白質（かいはくしつ）という。
内部には大脳髄質(だいのうずいしつ、cerebral medulla)があり、多くの神経線維が通っていて白色をしているため 白質（はくしつ）という。
大脳皮質には、新皮質(しんひしつ、neocortex)と、古皮質（こひしつ）および原皮質（げんひしつ）からなる辺縁皮質（へんえんひしつ）がある。ヒトの大脳では新皮質が発達している。ヒトの古皮質および原皮質は、大脳に囲まれており、そのため内側に古皮質および原皮質が隠れている。
新皮質には視覚・聴覚など感覚の中枢があり（ 感覚野（かんかくや、sensory cortex） ）、また、運動の中枢があり（ 運動野（うんどうや、motor cortex） ）、また、記憶・思考・理解などの学習を必要とする精神活動をつかさどる中枢（ 連合野（れんごうや、association cortex） がある。
辺縁皮質は、本能などを司る。辺縁皮質にふくまれる海馬（かいば、hippocampus）という部分が記憶を主につかさどる。
中脳・間脳・延髄を 脳幹（のうかん、brainstem） という。
間脳の位置は中脳と大脳の間に位置し、構造は視床(ししょう、thalamus)と視床下部(ししょうかぶ、hypothalamus)に分かれている。視床下部に自律神経系の中枢があり、体温の調整や内臓の働きを調整している。また、視床下部は脳下垂体（のうかすいたい）とつながっており、ホルモンの分泌を調整しており、血糖値を調整している。視床は大脳への感覚を中継する。
中脳の構造は、間脳の後方、小脳の上方に位置している。
中脳の働きは、間脳と小脳との通路になっている。眼球運動や瞳孔反射の中枢、聴覚反射、姿勢制御などを司る中枢がある。
小脳の構造は、大脳の後下部に位置している。
小脳には、体の平衡、筋肉の運動機能を司る中枢がある。
延髄の構造は、脳の最下部に位置し、脊髄に続いている。
延髄には、呼吸・血液循環（心臓の拍動）・消化などを司る中枢がある。
延髄より下の体の右側は、脳の左側が担当する。延髄より下の体の左側は、脳の右側が担当する。なぜなら、神経が延髄を通るときに、多くの神経で、左右が交差するからである。したがって脳の右側が損傷すると、体の左側が麻痺（まひ）・不随（ふずい）になる。
参考：　血液脳関門（けつえき のうかんもん）
（※未執筆）
さて、中学で習うように、生物学の神経分野でいう「反射」とは、たとえば熱いものに手が触れたときには、思わず手を引っ込めるように、意識とは無関係にすばやく行われる反応である。
また、大脳を介さない反応もあり、脊髄がそのような、大脳を介さない反射の中枢になっているので、そのように大脳を介さないで脊髄が中枢になっている反射のことを脊髄反射(せきずいはんしゃ、spinal reflex)という。
脊髄反射には屈筋反射(くっきんはんしゃ、flexor reflex)やしつがい腱反射(しつがいけんはんしゃ、膝蓋腱反射、knee jerk)などの反射がある。
しつがい腱反射とは、ひざの骨のすぐ下を軽く叩くと、足が勝手に跳ね上がる現象のことである。
しつがい腱反射なら、打撃により、ひざ部の筋紡錘が興奮し、その興奮による信号が感覚神経を伝わっていく。
しつがい腱反射に限らず一般に反射のさい、興奮が伝わる経路のことを 反射弓(はんしゃきゅう、reflex arc)と呼ぶ。
しつがい腱反射の場合の反射弓は
である。
反射は大脳を経由しないため無意識で素早く行われる。
しつがい腱反射は、大脳を介さないので、脊髄反射に分類される。
しつがい腱反射では、しつがい腱をたたくと、大腿四頭筋が縮み、膝関節が伸びる反射を起こす。しつがい腱反射での神経中のシナプスの数は、しつがい腱反射では介在ニューロンを経由せず、よってシナプスは1つである。
屈筋反射（くっきんはんしゃ）では、例えば熱いものに触れた時、手を思わず引っ込めるような、屈筋が縮む反射を起こす。屈筋反射での神経中のシナプスの数は、屈筋反射では介在ニューロンを経由するため、シナプスは2つである。
屈筋反射は、大脳を介さないので、脊髄反射に分類される。
その他の反射として、口に物を入れたときの、だ液の分泌も反射である。だ液の反射中枢は延髄にある。暑いときの発汗も反射である。
目の瞳孔が、光を受けると縮小する、瞳孔の縮小も反射である。瞳孔の反射中枢は中脳にある。

内臓の働きや、消化や、体内のホルモンや血糖の調整なども意識とは無関係に行われるが、これらの現象も「反射」であるとして分類されている（※ 検定教科書の範囲）。内臓など、こういった働きを制御している神経のことを自律神経と言うので、「自律神経」が内臓などの「反射」を調節していると言える。
末梢神経系には、脳から伸びる脳神経(cranial nerves)と、脊髄から伸びる脊髄神経(spinal nerves)とがある。
また、末梢神経系は、体の感覚や運動に関する体性神経系(たいせいしんけいけい、somatic nervous system)と、
意思とは無関係に働く自律神経系(じりつしんけいけい、autonomic nervous system)に分けることもできる。
体性神経系には、感覚神経(sensory nerve)と運動神経(motor neuron)がある。
自律神経系には、交感神経(こうかんしんけい、sympathetic nerve)と副交感神経(ふくこうかんしんけい、parasympathetic nerve)がある。交感神経と副交感神経は対抗的に働くことが多い。（）
ヒトの脳神経は12対であり、脊髄神経は31対である。
現過程・新課程の基礎なし科目「生物」に詳細を載せたのでそちらを見てください。
その他、高校の検定教科書などを参照。
[1]


高等学校生物 > 生物I > 環境と植物
中学や、高校生物Iの他の単元で説明した内容の復習である。
すでに読者が理解できていれば、節『植物の反応と調節』へと進んで、新たな内容を勉強すること。
植物は一か所に固定して暮らすため、
外部環境の変化に大きな影響を受ける。
植物は外部環境の変化に対して、
自身の成長などを調節することで対応する。
このページでは、
植物と水分・光の関係、
植物の発芽・成長・花芽形成の調節、
などを扱う。
環境のうち生物に影響を与えるものを環境要因と呼ぶ。
植物に対する環境要因は光・水・大気（酸素・二酸化炭素）、土壌などがある。
光は、植物が光合成を行うためのエネルギー源となっている。
水は、化学反応を行う場となったり、様々な物質を輸送している。
植物は光合成だけでなく呼吸も行っている。酸素はその呼吸に必要であり、二酸化炭素は光合成に必要である。
土壌中の栄養塩類は、植物が成長するために必要である。
水は植物に必要なものの一つで、
植物は水を根の根毛から吸収し、
茎の道管を通して移動し、
葉の気孔から蒸散する。
根の外側には表皮細胞やその表皮細胞が変形した根毛があり、吸水を行っている。
その後、水は皮層の細胞やその間を通り、道管・仮道管へ到達する。
根の内部の浸透圧はその外部の浸透圧より高いので、
根は吸水する。
この圧力を根圧(root pressure)と呼ぶ。
水分子は互いに引き合う凝集力()をもっている。
この凝集力によって水は導管で途切れることなく続いている。
蒸散(transpiration)にはクチクラ蒸散と気孔蒸散があるが、ほとんどは気孔蒸散である。
蒸散量の調節は気孔の開閉によって行われる。
蒸散は、水を引き上げる力となっている。
気孔は、2つの孔辺細胞が向かい合ってできている。
孔辺細胞の細胞壁は、内側が外側より厚くなっている。
水分を吸収して膨圧が高くなると、外側に曲がり、気孔が開く。
根圧、水分子の凝集力、蒸散によって、
植物は水を吸収し移動させている。
植物は光エネルギーにより、
水と二酸化炭素から、
グルコースを合成している。
これを光合成(photosynthesis)と呼ぶ。
植物は光合成で二酸化炭素から酸素を作るとともに、
呼吸で酸素から二酸化炭素を作っている。
したがって、実際の光合成速度(photosynthetic rate)は、見かけの光合成速度(apparent photosunthetic rate)と呼吸速度(respiration rate)を足したものである。
イギリスのフレデリック・ブラックマンは、
光合成速度は、光の強さ、二酸化炭素濃度、温度のうち最も不足したもの(限定要因(limiting factor))によって決まるとする限定要因説()を唱えた。
二酸化炭素濃度と温度を一定にし、光の強さを変えてみる。
光の強さと光合成速度をグラフにしたとき、
光合成速度と呼吸速度が等しく、見かけの光合成速度がゼロになる点を補償点(compensation point)と呼ぶ。
また、光の強さを上げても光合成速度がそれ以上上がらなくなる点を光飽和点(photic saturation point)と呼ぶ。
日向を好む陽生植物(sun plant)では、補償点や光飽和点は比較的高く、
弱い光でも生育できる陰生植物()では、補償点や光飽和点は比較的低い。
陽生植物にはクロマツ、ソラマメ、ススキなどがあり、
陰生植物にはブナ、コミヤマカタバミなどがある。
また、同じ植物でも、日当たりの良いところの葉（陽葉, sun leaf）は補償点や光飽和点は比較的高く、
日当たりの悪いところの葉（陰葉, shade leaf）は補償点や光飽和点は比較的低い。
光の強さと温度を一定にし、二酸化炭素濃度を変えてみる。
二酸化炭素濃度と光合成速度をグラフにすると、
二酸化炭素濃度が上がるとともに光合成速度も上がるが、
二酸化炭素濃度がある一定の値以上になると光合成速度は上がらなくなる。
これは、二酸化炭素濃度が低いときは二酸化炭素濃度が限定要因となり、
二酸化炭素濃度が高いときは二酸化炭素濃度以外が限定要因となっているためである。
光の強さと二酸化炭素濃度を一定にし、温度を変えてみる。
温度と光合成速度をグラフにすると、
温度がある一定の値の時に光合成速度が最も上がり、
温度が低すぎたり高すぎたりすると光合成速度は下がる。
これは、光合成を行う酵素の働きに最適な温度があるためである。
休眠(dormancy)した植物の種子が芽を出し発育を始めることを発芽(Germination)と呼ぶ。
発芽には、水分・温度・酸素などの条件がそろうことが必要である。
休眠した種子の発芽には、水が必要である。
種子の周りには水を通しにくい種皮と呼ばれるものがあり、これが種子の休眠を維持している。
種子の休眠にはアブシシン酸(abscisic acid)という植物ホルモンが関係している。アブシシン酸は発芽を抑制する。
発芽にはジベレリン(gibberellin)と呼ばれる別の植物ホルモンが、発芽を促進している。
このようにジベレリンとアブシジン酸は、種子の発芽に関して、拮抗的（きっこうてき）に、対立する。
イネやコムギの種子では、胚がジベレリンを合成し分泌する。そしてジベレリンは胚乳の外側にある糊粉層（こふんそう）の細胞に働きかけることで、酵素のアミラーゼの発現を誘導して、アミラーゼが胚乳にふくまれるデンプンを分解することでグルコースなどの糖が生成され、これらの糖が発芽のためのエネルギー源になる。
レタス、マツヨイグサ、タバコ、シソなどは発芽に光を必要とする種子であり、光発芽種子(ひかりはつがしゅし、photoblastic seed)という。
いっぽう、カボチャ、ケイトウ、キュウリなどは発芽に光を必要としない種子であり、暗発芽種子(あんはつがしゅし、dark germinater)という。
レタスの種子（光発芽種子）は、赤色光(せきしょくこう、波長660nm)を当てると発芽を促進し、遠赤色光(えんせきしょくこう、波長730nm)を当てると発芽が打ち消される。
赤色光と遠赤色光を交互にあてた場合、最後に照射された光の波長によって発芽の有無が決まる。
最後に赤色光を当てた場合には発芽して、いっぽう最後に遠赤色光を当てた場合には発芽しない。
このような仕組みは、植物が、他に植物の多い場所では発芽しないようにするための工夫であると考えられている。なぜなら、光は植物の葉を通過すると、赤色光などは吸収されて遠赤色光だけになる。もし、他に植物が多いと、他の植物に地中の栄養や水分などを奪われやすいからである。
光発芽種子の発芽には、フィトクロム(phytochrome)という色素タンパク質が受容体として関係している。フィトクロムのように、光を受け取る受容体を光受容体（ひかりじゅようたい）という。フィトクロムには2つの型があり、赤色光を感じる型（PRまたはPrと表記）と、遠赤色光を感じる型(PFRまたはPfrと表記)がある。これらは光を吸収することによって相互に変換しあう。PRは赤色光を吸収することでPFRに変化する。PFRは遠赤色光を吸収することでPrに変化する。このフィトクロムの2つの型によって、最後に当たった光の波長が赤色光か遠赤色光かを区別している。
PFR型が増えるとジベレリンの合成が誘導され、ジベレリンによって発芽が促進される。
いっぽう、他の植物が生い茂っている場所などにある種子では、まわりの植物の葉緑体が赤色光を吸収して、吸収されなかった遠赤色光が種子に届くので、種子中のフィトクロムではPFRが遠赤色光を吸収してPRになってるため、種子中にPR型フィトクロムが多く、PFR型は少ない。
こうして種子は花芽形成や種子の発芽を調節している。
レタスの種子の発芽はジベレリンによるものなので、たとえ暗所であっても、レタスの種子にジベレリンを外部から与えれば、レタスの種子は発芽する。
植物が刺激の方向に対して一定の方向に屈曲する性質を屈性(くっせい、tropism)と呼び、
刺激の方向に関係なく運動する性質を傾性(けいせい、nasty)と呼ぶ。
屈性には、光屈性(phototropism)、重力屈性(gravitropism)、水分屈性(hydrotropism)、化学屈性(chemotropism)、接触屈性(thigmotropism)などがある。
刺激の方向へ向かって屈曲することを正の屈曲といい、
その逆を負の屈曲という。
傾性には、傾熱性(thermonasty)、傾光性（photonasty）、傾触性(aeschynomenous)などがある。
[1]
オーキシン(auxin)という植物ホルモンが、光屈性に関係している。オーキシンは茎の先端部で合成される。そして、オーキシンは光の当たらない側に移動する。そして、オーキシンの多い側（つまり光の当たらない側）では、細胞が、より伸張するため、結果的に植物が曲がる。
植物の天然のオーキシンはインドール酢酸(インドールさくさん、IAA、indole acetic acid)である。
光屈性の研究にはダーウィン、ボイセン・イェンセン、ウェント、ケーグルらの研究がある。
1880年、進化論でも有名なダーウィン父子（イギリス）は、
カナリークサヨシ（学名：Phalaris canariensis）の幼葉鞘を用いて一方向から光を当てる光屈性の実験を行った。
そのまま光を当てると、光の方向に屈曲した。
幼葉鞘（ようようしょう、英: coleoptile、子葉鞘とも）を土の中へ埋め、先端部だけ土の中から出すと、先端部の下方で屈曲した。
先端部を錫箔で覆うと、屈曲しなかった。
これらから、幼葉鞘は、光の方向を感知するのは先端部であり、その刺激に反応して先端部よりも下の部位が屈曲することがわかった。
1913年、デンマークのボイセン・イェンセンは、
マカラスムギ（学名：Avena sativa）の幼葉鞘を用いて一方向から光を当てる実験を行った。
先端部を切り、先端部と基部との間に、ゼラチン片を挟むと、屈曲した。ゼラチン片は水を通す。
光側に雲母片を刺すと、屈曲した。
影側に雲母片を刺すと、屈曲しなかった。
これらから、幼葉鞘は、
光を先端部で受容すると、
ゼラチン片を通る成長促進の物質が作られ、その成長促進物質は光の当たらない側に移動して、そして下方に移動して作用することがわかった。そしてゼラチン片は水を通すことから、成長を促進する物質は、水溶性であることを示唆し、実際に水溶性であることが、のちに分かっている。
1928年、オランダのウェントは、
マカラスムギの幼葉鞘を用いて一方向から光を当てる実験を行った。
まず、先端部だけを寒天片に乗せ、一方向から光を当てる。
次に、その寒天片を光側と影側に半分に分け、
それぞれを先端部を切除した幼葉鞘に乗せる。
すると、光側の寒天片を乗せた幼葉鞘は成長しなかったが、
影側の寒天片を乗せた幼葉鞘は成長した。
これらから、先端部で作られた化学物質は、
影側へ移動してから下降し、
成長を促進することがわかった。このような植物成長の促進物質があることが分かり、オーキシン(auxin)と名づけられた。オーキシンのように、微量で植物の成長や作用を調節する物質をまとめて植物ホルモンという。
また、ウェントは屈曲の角度から成長促進物質の濃度を調べるアベナ屈曲試験法(avena curvature test)（別名：アベナテスト）を考案した。マカラスムギの学名 avena sativa（アベナ サティバ）の属名に由来する。
1934年、ドイツのケーグルは、
植物の、これらの成長促進物質をオーキシン(auxin)と名づけた。このとき、まだオーキシンの化学構造ははっきりしていなかった。
のちに植物の天然のオーキシンはインドール酢酸(インドールさくさん、IAA、indole acetic acid)という物質であることを突き止めた。
オーキシンは、茎の先端から根の方向へと移動する。逆には移動しない。これは茎をさかさまにしても、移動方向は、茎頂→根のまま変わらない。たとえば幼葉鞘を切り取ってさかさまにして、上側（根の側）をオーキシンをふくんだ寒天片に接触させても、倒立した幼葉鞘ではオーキシンは移動しない。このようにオーキシンの移動に茎→根という方向性があることを極性（きょくせい）といい、このような極性にしたがったオーキシンの移動のことを極性移動（きょくせい いどう）という。
植物の細胞膜にはオーキシンを取り入れるタンパク質(AUX1)と、オーキシンを排出するタンパク質(PIN)があることが分かっている。これらのオーキシン輸送タンパク質が、植物の器官ごとに、それぞれ細胞の特定方向の面に片寄っているので、結果的にオーキシンの極性移動が行われる。
オーキシンが移動する仕組みについては、まだ未解明の部分があり、学者たちの研究中である。
今のところの説は、オーキシン（インドール酢酸）は、細胞壁や細胞膜に作用していると考えられており、酸の水素イオン（H＋）が関わっているとされている。
根の重力屈性の仕組みは、根冠の細胞中にあるアミロプラストというデンプンをふくむ細胞小器官が多くあり、このアミロプラストが重力によって下方に移動し、その細胞内の下部にアミロプラストが集まることが、オーキシンを輸送するオーキシン輸送タンパク質（AUX1やPIN）に、何らかの影響を与えているとされている。
オーキシンの最適濃度は植物の器官によって異なる。
オーキシンの最適濃度は 茎＞側芽＞根 の順となっている。さらに、オーキシンの濃度が高すぎると、成長が抑制される。
オーキシンは極性移動とは別に、重力によって移動する。幼葉鞘を水平にするとオーキシンは重力によって下部に集まる。茎と根でオーキシンの最適濃度が違い、最適濃度を大幅に越えると、むしろ抑制されるため、結果的に茎と根が、上図『水平にした幼葉鞘の重力屈性』のように曲がって成長していく。重力と同じ方向に曲がる根のがわが正の重力屈性である。茎のがわは負の重力屈性である。
茎の頂芽（ちょうが、茎の先端の芽のこと）が成長しているときは、そのオーキシン濃度では側芽（そくが）は抑制されて成長できない。
これを頂芽優勢(ちょうがゆうせい、apical dominance)と呼ぶ。頂芽優勢には、サイトカイニンという別の植物ホルモンも関係している。
頂芽を除去しても切断芽にオーキシンを与えると、側芽は成長しない。また、頂芽を残しても側芽にサイトカイニンを与えると、側芽は成長する。これらの結果から仮説として、オーキシンが、側芽の成長に必要なサイトカイニンの合成を抑制している、と考えられている。
（未記述）
オーキシンの他の植物ホルモンとしては、
植物の成長を促すジベレリン(gibberellin)、
果実の成熟を促すエチレン(ethylene)、
細胞分裂を促すサイトカイニン(cytokinin)、
種子の休眠を維持するアブシシン酸(abscisic acid)などがある。
ジベレリンの発見は、イネの馬鹿苗病（ばかなえびょう）という草丈の大きくなる病気の研究から、黒沢英一によって発見され（1926年）、藪田貞治郎によって単離・結晶化され命名された（1930年代）。あるカビ（学名：Gibberella、ジベレラ属）がジベレリンを分泌することが分かり、そのジベレリンがイネの草丈を大きくしていることが分かった。当初はジベレリンはカビの産生する毒素と考えられていた。その後、健康な植物自体もジベレリンを生成していることが分かり、ジベレリンは植物ホルモンだと分かった。
ジベレリンの作用は草丈を伸ばす以外にもあり、受粉してない子房に果実をつくらせ成長させる（単為結実）ので、種無しブドウなどの生産にもジベレリンは利用されている。受粉してない子房に果実作らせることを単為結実（たんいけつじつ）という。
エチレンは気体であり、化学式 C2H4 の植物ホルモンである。エチレンは果実の成熟をうながす。熟したリンゴからはエチレンが良く出てくる。密閉した容器に熟したリンゴと未熟なバナナを入れておくと、バナナが早く熟す。一つの箱にリンゴをいくつも入れておくと、一つでも塾すと、エチレンを出して他のリンゴも熟させるので、ほぼ同時に多くのリンゴが熟す。
まず、充分な水がある場合、気孔にある孔片細胞に水が取り込まれ、孔片細胞が湾曲し、結果的に気孔が開く。
水分が不足すると、葉でアブシジン酸が合成され、葉でのアブシジン酸の濃度が高まり、浸透によって後編細胞からは水が流出し、孔片細胞の膨圧が低下して気孔が閉じる。
成長すれば花となる芽を花芽(floral bud)と呼ぶ。
花芽形成には光や温度が関係している。
花芽形成が暗期の長さによって調節される性質を光周性(photoperiodism)という。
植物は一定の長さの暗期が続くと花芽形成を行い、
この一定の長さの暗期を限界暗期(critical dark period)という。
限界暗期以下で花芽を形成する植物を長日植物(long-day plant)といい、
限界暗期以上で花芽を形成する植物を短日植物(short-day plant)といい、
限界暗期に影響を受けない植物を中性植物(neutral plant)という。
長日植物にはアブラナ、ホウレンソウなどがあり、
短日植物にはダイズ、コスモスなどがあり、
中性植物にはトマト、トウモロコシなどがある。
人為的に限界暗期を短くすることを長日処理(long-day treatment)といい、
人為的に限界暗期を長くすることを短日処理(short-day treatment)という。
光周性に働きかけるホルモンは花成ホルモン(flowring hormone)と呼ばれ、フロリゲン(florigen)がある。
フロリゲンは葉で光を感知することで合成され、師管を通ることが分かっている。
花芽形成には低温にさらされることが必要な植物もある。
これを春化(vernalization)と呼び、人工的に春化することを春化処理()と呼ぶ。
春化が必要な植物には、秋まきコムギなどがある。


高等学校生物 > 生物I > 環境と生物の反応に関する探求活動


※ 化学式を使ったアミノ酸の構造式の説明も、専門『生物』科目の範囲内です。生物の検定教科書で説明されています。（下記の説明は『化学』からの引用ではないです。）
アミノ基（ -NH2 ）とカルボキシル基（ -COOH ）を１つの分子中にもつ化合物をアミノ酸という。この2種の官能基が同一の炭素C原子に結合しているアミノ酸をαアミノ酸という。
アミノ酸の一般式は
で表される。（Rは炭化水素基あるいは水素など。）
なお、R-の部分をアミノ酸の側鎖（そくさ）という。側鎖は20種類あるので、アミノ酸は20種類である。
アミノ酸で、側鎖を除く他の部分は、共通である。そのアミノ酸が、水に溶けやすい（親水性）か、または溶けにくい（疎水性）かは、側鎖の種類によって決まる。側鎖は水に溶けやすい基なら、そのアミノ酸は親水性になる。側鎖が水に溶けにくいなら、そのアミノ酸は疎水性である。
ヒトが体内では合成できないアミノ酸を必須アミノ酸（essential amino acid）という。
ヒトの必須アミノ酸は、
である。

2個のアミノ酸分子が結合し、いっぽうのアミノ酸のカルボキシル基（-COOH）と、もう一方のアミノ酸のアミノ基（-NH2）が縮合して、水1分子が取れて脱水縮合して結合することをペプチド結合という。それぞれのアミノ酸は、べつに同一種でなくても良い。また、ペプチド結合によって生成する化合物をペプチド（peptide）という。
2個のアミノ酸がペプチド結合した重合数が2個のアミノ酸化合物（ジペプチド）は、末端にアミノ基とカルボキシル基を持つので、このアミノ酸の化合物もまた同様に他のアミノ酸と化合が出来て、重合数を3個（トリペプチド）や4個・・・と、どんどんと増やしていける。数十個から数百個と重合数を増やしていける。
2分子のアミノ酸がペプチド結合したものをジペプチドという。3分子のアミノ酸がペプチド結合したものをトリペプチドという。多数のアミノ酸が縮合重合したものをポリペプチド（polypeptide）という。
ペプチド化合物で縮合に使われなかったアミノ基が末端に残るが、このペプチド化合物の縮合に使われなかった末端のアミノ基をN末端という。同様に、カルボキシル基も末端に残るが、これをC末端という。
なおジペプチドなどペプチド化合物の構造式を書くときは、縮合に使われなかったN末端のアミノ基を左に配置して、C末端のカルボキシル基を右に配置して書くのが慣習である。
タンパク質を構成するアミノ酸の配列順序のことを一次構造という。たとえば表記「Gly-Gly-Ala」などは一次構造の表記である。
タンパク質のポリペプチドの多くの構造は、時計回り（右回り、Z撚り「ゼットより」）のらせん構造をもつか、またはジグザグ状に折れ曲がっていたりする。
このポリペプチドのらせん構造をαヘリックス（アルファヘリックス）という。
ポリペプチドのジグザグ状に折れ曲がっている構造をβシートという。これらの構造（αヘリックス、βシート）を二次構造という。
αヘリックスのらせん１巻あたり、平均3.6個のアミノ酸が含まれる。
このらせん化は、水素結合による現象であり、 アミノ酸の分子中の-C=Oと-N-Hの間のOとHが水素結合し、
のように水素結合した結果、ペプチド全体ではらせん構造を取る。
αヘリックスをとったポリペプチドや、βシートをとったポリペプチドなど、二次構造をとったポリペプチドが、さらに折りたたまれて三次構造になる。三次構造の形成には、側鎖どうしに働く引力や、システインどうしによるジスルフィド結合（S-S結合）によるものが関わっている。システインの側鎖は-SHであり、側鎖どうしで水素原子が取れてS-S結合することがある。
三次構造の生体組織の例として、ミオグロビンがある。
複数個ポリペプチド鎖が組み合わさって集合体をなした立体構造を四次構造という。
四次構造の生体組織の例として、赤血球にあるヘモグロビンがある。ヘモグロビンは、2種類のポリペプチド鎖が、2個ずつ集まった合計4本のポリペプチド鎖でできている。
タンパク質を加熱したり、酸や塩基を加えたりすると凝固する。タンパク質に重金属を加えたり、有機溶媒を加えたりしても凝固する。これをタンパク質の変性（へんせい）という。加熱によって変性することを熱変性という場合もある。
ゆで卵などのように、いったん熱変性したタンパク質は、元には戻らない。熱変性では一次構造の配列順序は変わっていないが、立体構造が壊れており、二次構造以上の構造が変わっている。
（※ 未記述）
プリオンはタンパク質の一種である。プリオンは細胞ではない。正常なプリオンなら、なにも病気を起こさない。
立体構造が異常な、異常プリオンが、ヒトのクロイツフェルト・ヤコブ病の原因物質であり、また、ウシ海綿状脳症（BSE、いわゆる狂牛病）の原因物質である。
と思ってたら、2022年度からの新科目「現代の国語」で、書籍『プリオン説はほんとうか？』の著者である科学者・福岡伸一の別の科学エッセイ『ルリボシカミキリの青』が、東京書籍（教科書会社）の教科書で、国語の題材に選ばれたので、間接的だが『プリオン説は本当か？』も一部の高校では教養として紹介される可能性が生じることになった。
体内に、この異常プリオンが取り込まれれると、正常なプリオンも、異常なプリオンに変えていく。
脳や神経細胞に異常プリオンが蓄積すると、細胞死が起きるので、脳がすき間だらけになって海綿状になっていく。
われわれ人間の呼吸では、おもにグルコース(C6H12O6)などの炭水化物を分解して、生命活動に必要なエネルギーを取り出している。このグルコースの分解反応で酸素が必要なため、人間は呼吸で酸素を取り入れている。呼吸によるグルコースの分解で、グルコースに蓄えられていたエネルギーを取り出しており、さまざまな生態活動のエネルギーになっている。
なお、呼吸におけるグルコースのように、呼吸につかわれてエネルギーを取り出す元になっている物質を呼吸基質（こきゅう きしつ）という。
人間や魚類の呼吸は、細胞での酸素を用いる呼吸のためであり、このときの細胞での酸素を用いた呼吸を好気呼吸（こうきこきゅう）という。細胞での好気呼吸によるグルコースの分解は、おもにミトコンドリアで行われている。
そのため、ミトコンドリアを持たない微生物では、呼吸の仕組みが、人間や魚類などとは違っている。
微生物には、酸素を用いないで呼吸を行うものもあり、このような無酸素の呼吸を嫌気呼吸（けんきこきゅう）という。
まずは、好気呼吸について整理しよう。
われわれ人間の肺呼吸は、細胞での好気呼吸のために、酸素を身体各部の細胞に血管などを用いて送り込んでいるのである。魚類の「えら呼吸」も、酸素を細胞に送り込んでいるので、細胞での好気呼吸のためである。植物の呼吸もしており酸素を取り入れており、植物の呼吸は好気呼吸である。なお、光合成は呼吸ではない。
人間・魚類の呼吸も植物の呼吸も、これらの呼吸は、細胞では、どれもミトコンドリアが酸素を使ってグルコースなどを分解する反応である。
さて、細菌やカビなどの一部の微生物には 、必ずしも酸素を使わなくてもグルコースなどの炭水化物を分解できる生物がいる。酵母菌や乳酸菌は、そのような菌である。酵母菌によるアルコール発酵や乳酸菌による乳酸発酵などの発酵は、これらの菌が生存のために栄養から必要なエネルギーを得るために化学反応を行った結果であり、酵母菌や乳酸菌の発酵では酸素を用いていない。
このような、酸素を使わないでグルコースなどの炭水化物を分解する活動も呼吸にふくめる場合がある。これらの菌などがおこなう無酸素の化学反応でグルコースなどの炭水化物を分解することを嫌気呼吸（けんきこきゅう）という。
そのため、酸素が少ない環境、あるいは酸素が無い環境でも、栄養があれば、嫌気呼吸をする菌は生きられる。
微生物による腐敗も、その微生物の嫌気呼吸である場合が普通である。
発酵（はっこう）と腐敗（ふはい）の区別は、ある微生物の呼吸の結果の生産物が、人間によって健康的な生産物の場合が発酵で、有害な生産物の場合が腐敗（ふはい）である。つまり発酵と腐敗の分類は、人間の都合による。
微生物の種類によって、嫌気呼吸の生産物の方法は違うが、基本的にはATPを生産している。
嫌気呼吸による、このような酸素を用いない分解では、ミトコンドリアを用いていない。微生物は細胞質基質で嫌気呼吸を行っている。
酵母菌は、嫌気呼吸と好気呼吸の両方の呼吸ができる。そのため、アルコール発酵をさせる場合には、酸素の無い環境に置く。酵母菌はミトコンドリアを持っており、酵母菌の好気呼吸はミトコンドリアによるものである。
乳酸菌と酢酸菌は原核生物であり、ミトコンドリアを持たない。
なお、酵母菌は単細胞性だが真核生物である。このため、酵母菌は分類学上は、カビやキノコ（ともに真核生物である）に近いと考えられている。（※ 2015年のセンター生物基礎の本試験で出題）
酵母菌（こうぼきん）のアルコール発酵での化学反応式は、まずグルコースC6H12O6からピルビン酸C3H4O3に分解される。この、グルコースからピルビン酸を得る過程を解糖系（かいとうけい、glycolysis）という。解糖系でATPが2分子つくられる。そしてピルビン酸が、無酸素の状態では酵素デカルボキシラーゼによってアセトアルデヒドCH3CHOによって分解され、そのアセトアルデヒドがNADHという物質によってエタノールC2H5OHへと変えられる。
まとめると、アルコール発酵の反応式は、次の式である。
グルコース1分子あたりATPが2分子できる。アルコール発酵のATPは解糖系に由来しており、それ以降はATPを産生してない。
解糖系による、グルコースからピルビン酸ができる反応は、嫌気生物に限らず、ほとんどすべての生物の呼吸で行われている。（※　そのため、ピルビン酸は呼吸の学習における重要物質である。）
乳酸発酵（にゅうさんはっこう）とは、乳酸菌が行う嫌気呼吸である。
まずグルコースC6H12O6が解糖系によって、ピルビン酸へと分解され、このときATPが2分子できる。そしてピルビン酸がNADHによって乳酸:C3H6O3に変えられる。
酢酸菌（さくさんきん）は、 酸素O2を用いて、エタノールを酢酸CH3COOH に変える。
酸素を用いるため、一般的な無酸素の発酵とは区別して、酸化発酵とよぶ。
酢酸発酵のとき、酢酸のほかに水ができる。
筋肉では、はげしい運動などをして酸素の供給が追いつかなくなると、グルコースやグリコーゲンなどを解糖をして、エネルギーを得る。筋肉での解糖のときに、乳酸ができる。
反応のしくみは、乳酸発酵と、ほぼ同じである。
呼吸で使われる基質は通常はグルコースだが、グルコースが不足した場合などに脂肪やタンパク質やグルコース以外の炭水化物などの栄養が基質として使われる場合がある。
なおデンプンやグリコーゲンなどは、呼吸の過程で、グルコースへと分解される。
呼吸によって排出されるCO2と使用される酸素O2の、体積（または分子数）の比率 CO2/O2 を呼吸商（こきゅうしょう）といい、RQであらわす。呼吸基質によって、呼吸商は異なる。気体の体積は圧力によって変化するので、測定するときは同温・同圧でなければならない。同温・同圧で測定した場合、気体の体積比は分子数の比になるので（物理法則により、気体の体積は、分子数が同じなら、原子・分子の種類によらず、分子数1モルの気体は0℃および1気圧では22.4L（リットル）である。モルとは分子数の単位であり6.02×1023個のこと）、よって化学反応式から理論的に呼吸商を算出でき、その理論値と実験地は、ほぼ一致する。
呼吸商の値は、おおむね、次の値である。
化学式
C6H12O6 ＋ 6O2 ＋ 6H2O → 6CO2 ＋ 12H2O
よって RQ = CO2/O2 = 6÷6 = 1 より RQ = 1.0
トリアシルリセロールの場合、
よって RQ = CO2/O2 = 55÷77 ≒ 0.7 より RQ = 0.7
トリステアリンの場合、
よって RQ = CO2/O2 = 114÷163 ≒ 0.7 より RQ = 0.7
ロイシン C6H13O2N の場合、
よって RQ = CO2/O2 = 12÷15 = 0.8
測定実験の結果の呼吸商が0.8だからと言って、必ずしも基質がタンパク質とは限らない。なぜなら炭水化物(RQ＝1)と脂肪(RQ＝0.7)の両方が基質に使われている場合、呼吸商が0.7～1.0の中間のある値を取る場合があるからである。
好気呼吸は細胞質基質とミトコンドリアで起こる。とくにミトコンドリアを中心に、呼吸によって多くのATPが合成される。
1分子のグルコースが、2分子のピルビン酸（C3H4O3）にまで分解される。この反応は細胞質基質で行われる。酵素を必要としない。ATPを2分子、生成する。反応の途中でATPを2分子消費するが、4分子のATPを生成するので、差し引き2分子のATPを生成する。
グルコースは、まずATP2分子によってリン酸化されフルクトース二リン酸（C6化合物）になる。
フルクトース二リン酸が二分して、グリセルアルデヒドリン酸（C3化合物）の二分子ができる。
グリセルアルデヒドリン酸が、いくつかの反応を経て、ピルビン酸になる。この間の反応で、電子e-とプロトンH+が生じて、補酵素NADに渡されNADHになる。ここで生じたNADHはミトコンドリアに入り、あとの電子伝達系で利用される。また、ATPが4分子できる。よって、差し引きグルコース1分子につき、2分子ATPが、解糖系で生じる。
ピルビン酸が、ミトコンドリア内に入り、ミトコンドリアのマトリックスという内膜にある酵素で、ピルビン酸がコエンザイムA（CoA）と結合してアセチルCoA（活性酢酸）というC2化合物になり、段階的に分解される。二酸化炭素が、ピルビン酸がアセチルCoAになる際に生じる。
アセチルCoA以降の反応図は回路上であって、回路のはじめにクエン酸（citric acid）が生じることから、クエン酸回路（Citric acid cycle）という。
と変化していく。（「C6」とはC6化合物のこと。C5とはC5化合物のこと。C4も同様にC4化合物のこと。）
このクエン酸回路の過程でATPが2分子できる。また、電子が放出される。
C2化合物のアセチルCoAがC6化合物のクエン酸に変化する際、クエン際回路の最後のオキサロ酢酸（C4化合物）と化合するので、炭素の収支が合う。クエン酸回路では、脱炭酸酵素や脱水素酵素の働きで、クエン酸は変化していく。
クエン酸回路でコハク酸からフマル酸になる際に発生する水素は、補酵素FAD（フラビンアデニンジヌクレオチド）が受け取り、FADH2になる。
コハク酸以外での脱水素反応では、NADが水素を受け取っている。(「NAD」とは「ニコチン アデニン ジヌクレオチド」のことである。)
ミトコンドリアの内膜にシトクロム（cytochrome）というタンパク質がいくつもあり、このシトクロムは電子を受け渡しできる。解糖系やクエン酸回路で生じたNADHやFADH2から、電子e-と水素イオンH+が分離し、電子はシトクロムに渡される。そしてシトクロムどうしで電子を受け渡す。このとき、H+が、いったんマトリックスから膜間にくみ出され、それから水素イオンの濃度勾配に従ってATP合成酵素を通ってマトリックス側に戻る。このH+がATP合成酵素を通る際のエネルギーを利用して、ADPからATPが生成される。最終的に生成するATPの数は、グルコース1分子あたりATPを最大で34分子を生じる（生物種によって生成数が異なる）。
これらの反応ではNADHなどが酸化される反応が元になってATPを生成しているので、一連の反応を酸化的リン酸化（oxidative phosphorylation）という。シトクロムのことをチトクロームともいう。
電子e-は、最終的に酸素原子に渡され、酸化酵素の働きで水素イオンと反応し水になる。この水の生成反応のときの反応エネルギーを用いて、マトリックスの水素が膜間へと運ばれており、さきほど述べたようにATPが合成されている。
好気呼吸でのATPの収支は、グルコース1分子あたり解糖系で2分子のATP、クエン酸回路で2分子ATP、電子伝達系で最大34分子ATPであり、合計で最大38分子のATPになる。
脂肪は加水分解されて、脂肪酸とグリセリンになる。その後、グリセリンは解糖系に入る。脂肪酸はβ酸化という過程を経て分解されてアセチルCoAになり、クエン酸回路に入る。
タンパク質は、まずアミノ酸に分解され、アミノ酸のアミノ基を、アンモニア（NH3）として遊離する。この過程を脱アミノ反応という。アラニンは脱アミノ反応によってピルビン酸になり、以降は、糖の分解でのピルビン酸の分解と同じ過程を経る。グルタミン酸は、脱アミノ反応でケトグルタル酸になり、クエン酸回路でのケトグルタル酸と同様の代謝をされる。
その後の分解の過程はアミノ酸の種類によって異なるが、最終的にどのアミノ酸もクエン酸回路で代謝される。ピルビン酸も、解糖系では最終的にクエン酸回路に合流するからである。
1939年、ヒル（イギリス人）は、葉をすりつぶしたのを混ぜた水にシュウ酸鉄（III）をくわえた液を用意して、つぎの実験を行った。
この液に、光を与えると、酸素が発生し、またシュウ酸鉄（III）は、シュウ酸鉄（II）に還元された。この反応をヒル反応という。このヒル反応では、二酸化炭素を除去した場合でも酸素が発生する。なので、ヒル反応は二酸化炭素を必要としない。
シュウ酸鉄(III)は、水素を受け取りやすい物質であり、酸化剤である。
光によって、水が分解され、酸素と水素イオンH＋と電子e－に分解されると考えられた。
そして、光合成で発生する酸素は、二酸化炭素の由来ではなく、水に由来すると考えられた。
のちにルーベンが、酸素の同位体18Oを用いて、光合成で発生する酸素が水に由来することを直接的に証明した。
ルーベンはクロレラと酸素同位体を用いた実験で、
をそれぞれ実験し、
この結果、H218Oを与えた場合からは、光を照射するとクロレラから18O2が発生した。
しかし、C18O2およびH2Oを与えた場合からは、光を照射しても18O2が発生しない（これら一連の酸素同位体の実験を「ルーベンの実験」という）・
なお、厳密には、自然界にも18Oは自然発生するので、実験で用いる C18O2 や  H218O は、自然界よりも酸素同位体18O  を多く含む二酸化炭素および水である。（※ 啓林館がそう説明している）
光の照射の結果、発生する酸素を集める必要があり、その酸素気体のうち、通常の酸素原子と同位体酸素との比率を分析する必要があり、本当はもっと実験に手間が掛かっている。
なお、上述のルーベンの実験のような、代謝などの反応経路を調べる際の放射性同位体などのように、反応の経路を追跡するための材料のことを「トレーサー」という（※ 第一学習社の巻末付録に「トレーサー」の用語あり）。トレース trace とは「追跡」という意味。
当然だが、放射性同位体をトレーサーとして用いる実験では、その元素を化合物などの放射線を調べたりすることで、反応の経路を調べている。
植物の生体内では、シュウ酸鉄のかわりにNADPが光合成の際に水素を受け取る酸化剤として働いている。
炭素の放射性同位体14Cをふくむ二酸化炭素14CO2を含む溶液中で、クロレラなどの緑藻などに光合成を5秒ほどの短時間行わせる。その後、すぐに光を当てるのを中止し、熱したアルコールに浸して、光合成を中止させる。
このとき、どのような物質に、14Cが取り込まれるかを調べる。
この結果、まずC3化合物であるホスホグリセリン酸（PGA）が増加していることが分かった。
光の照射時間を変えていく方法などで、詳しく調べたころ、代謝の経路が回路状になっている事が分かった。

葉緑体の内部の構造には、チラコイドという膜状の構造と、ストロマという無色の基質の構造がある。
チラコイドにある色素が光エネルギーを吸収する。この吸収のとき、特定の波長の光を吸収している。赤や青の光が葉緑体に吸収される。緑色の光は吸収しない。吸収しなかった波長の光は反射される。植物の緑色は、反射した光の色であり、光合成には使用していない光である。
吸収した光エネルギーで、ATPの合成やNADPHの合成を行っている。(「NAD」とは「ニコチン アデニン ジヌクレオチド」のことである。)
次の（１）～（３）の反応がチラコイドで行われる。　（４）の反応がストロマで行われる。
（１）：　　光化学反応
光エネルギの吸収は、色素のクロロフィルで吸収する。クロロフィルは活性化し、活性クロロフィルになる。クロロフィルの存在する場所は、チラコイドの膜である。
この反応には、光が当然に必要である。温度の影響をほとんど受けない。
（２）：　　水の分解とＮＡＤＰＨの生成
１の反応に伴って、活性クロロフィルから電子が飛び出す。水が分解され、できた水素Hが、さらに水素イオンH+と電子e- に分解される。あまった酸素O2は、以降の反応では利用せず、このため酸素O2が排出される。
この反応でのHの分解から発生したe- は、チラコイドの膜上で伝達され、最終的にHとともにNADP+という物質にe- は結合し、NADPHが生成する。
（３）：　　ATPの合成
２の反応に伴って、ADPがリン酸化されATPが合成される。
（４）：　　二酸化炭素の固定
ストロマで、（3）の反応で作られたATPのエネルギーも利用して、いくつもの過程を経て、植物が気孔などを使って細胞外から取り入れた二酸化炭素から、有機物（グルコース C6H12O6 ）を合成する。
生成された物質の一部が同じ物質のもどる反応経路になっており、カルビン・ベンソン回路という。
このカルビン・ベンソン回路の過程で、（3）の反応で作られたATPを用いている。
このカルビン・ベンソン回路の反応は、温度の影響を受ける。
通常の植物は固定でC3化合物のPGA（ホスホグリセリン酸）が回路（カルビンベンソン）の最初にできるC3植物である。
リブロース-1，5-ビスリン酸カルボキシラーゼ／オキシゲナーゼという酵素（略してRubiscoという。ルビスコと読む）が、カルビンベンソン回路での、CO2 を取り込む段階での酵素。
リンゴ酸などのC4化合物が回路の最初にできる代謝系のC4植物といい、カルビンベンソン回路とは別の代謝系(C4回路)を持っている。
熱帯にC4植物が多く、サトウキビやトウモロコシがC4植物である。
C4回路というオキサロ酢酸から開始する回路があり、このC4回路によりCO2を効率よく固定している。葉肉細胞にリンゴ酸などをC4化合物として固定している。そして、炭素が必要なときは、維管束（いかんそく）鞘細胞（しょうさいぼう）に送り、分解してCO2を発生させる。
砂漠に多い。パイナップル、ベンケイソウ、サボテンなど。
昼間は空気が乾燥していて気孔を開いてしまうと水分をうばわれてしまうので、かわりに夜に気孔を開いて、二酸化炭素を固定する。二酸化炭素をもとにリンゴ酸などを蓄えることで、昼までCO2を固定して保存しておく。光合成は、たくわえたリンゴ酸などを材料にして昼間に光合成を行う。
CAMとは、ベンケイソウ型酸代謝（crassulacean acid metabolism）という意味である。
白血球が異物を取り込む場合など、細胞が、異物などを取り込む際の、取り込みかたの仕組みは、つぎの仕組みである。
細胞膜がくぼみ、そしてくぼみの頂上部分の細胞膜どうしが接合して閉じることで、小胞が出来る。
なお、この現象をエンドサイトーシス（飲食作用）という。マクロファージが異物を取り込む場合や、細菌が異物を食す場合の取り込みが、エンドサイトーシスである。
一方、細胞が、物質を細胞外に分泌する仕組みは、つぎの仕組みである。
まず、分泌される物質を囲む小胞にも膜がある。この小胞の膜が、細胞膜と融合し、その結果、小胞の内部の物質が細胞外に現れる。これをエキソサイトーシス（開口分泌）という。酵素の分泌や、ホルモンの分泌、神経伝達物質の放出なおど、エキソサイトーシスが行われている。
このように、細胞内外への物質の流入・流出には、細胞膜が深く関わっている。
多細胞生物において、細胞の外にも基質があり、たとえばコラーゲン（collgen）やフィブロネクチンなどの糖タンパク質がある。（コラーゲンは糖タンパク質である。検定教科書で記述を確認。[1]） この糖タンパク質のように、細胞外にあって、細胞膜とくっついている基質を、細胞外基質（さいぼうがい きしつ、extracellular matrix：ECM）という。（細胞外基質のことを「細胞外マトリックス」ともいう。）
細胞外基質の種類によって役目は違うが、たとえば受容体などとして働き細胞どうしの情報伝達をする役目や、あるいは細胞どうしの結合などの役目をしている。
糖タンパク質とは、多糖類とタンパク質で、できている。
インテグリン（integrin）は、細胞膜を貫通するタンパク質であり、細胞外基質を構成する糖タンパク質と細胞骨格をつなげる役目をしている。
カドヘリン（cadherin）という細胞膜を貫いて細胞外に出ているタンパク質がある。このカドヘリンが、細胞どうしの接合に関わっている。カドヘリンには多くの種類があり、同じ種類どうしのカドヘリンが接着する。
なお、このような現象を、「細胞接着」（さいぼう せっちゃく）という。
さて、カドヘリンには いくつかの種類があり、種類の異なるカドヘリンどうしは接着しない。これを細胞選別（さいぼう せんべつ、sorting out of cells）という。
カドヘリンの立体構造の維持にはカルシウムイオン Ca2+ が必要である。そのため、Ca2+が無い状態で培養すると、細胞どうしの接着が弱まるので、個々の細胞に解離しやすくなる（※ 高校の範囲内: 啓林館や第一学習社の教科書などに記述されている）。
なお、カドヘリンは細胞内でアクチンフィラメントに接続している。
（※ 右の原理図ではアクチンフィラメントが省略されている。※ より正確には、カドヘリンとアクチンフィラメントの間に、細胞内で連結タンパク質を仲介してるが、ほとんどの教科書でも参考書でも言及されてないので、無視する。 数研出版の教科書で、連結タンパク質に言及している。）
カドヘリンは、細胞どうしを接着させるほかにも、さらに細胞どうしの情報伝達にも関与している。（※　第一学習社の検定教科書で記載。）（※　羊土社『理系総合のための生命科学』2007年第1刷、にてカドヘリンが情報伝達にも関わってることの裏付けを確認済み。）
隣接した細胞を、筒のような中空軸の構造のタンパク質が結合しており、これをギャップ結合（gap junction）という。この筒をイオンや低分子の糖やアミノ酸などが移動する。
となりあう細胞どうしが、間にいくつかのカドヘリンを介して、ボタン状に固定されている構造をデスモソーム（desmosome）という。
なお、デスモソームのボタン状部分には、中間径フィラメントが接続している。


ヒトのDNAは塩基数が約30億個であり、遺伝子は約2万個と考えられている。（暗記しなくていい。）
DNAの複製では、2本鎖が1本ずつに別れ、それぞれ鋳型になって複製される。これをDNAの半保存的複製（はんほぞんてきふくせい、semiconservative replication）という。
DNAの半保存的複製の仮説は、メセルソンとスタールの実験で証明された。
まず、基準として、あらかじめ通常の窒素14Nをふくむ培地で、大腸菌を培養しておく。この基準とはべつに、もう一種類、重窒素15Nをふくむ培地を、次のように用いる。
（1）
大腸菌を培養する際、区別のため、重窒素15Nをふくむ塩化アンモニウム（15NH4Cl）を窒素源とする培地で、培養して増殖させる。
すると、大腸菌の窒素原子に、すべて重窒素15Nだけをふくむ大腸菌が得られる。
まず、この大腸菌を保存しておく。理由は、もうひとつの基準とするため。
（2）
さらに、15Nだけをふくむ大腸菌を、ふつうの窒素14Nをふくむ培地に移して培養して、分裂1回目・2回目･･･といった分裂ごとにDNAを抽出するため遠心分離機で遠心分離して、DNAの比重を調べる。
塩化セシウム（CsCl）溶液を加えた試験管を遠心分離機に取り付け、高速回転させると、試験管の底ほど塩化セシウム濃度が高くなるという密度勾配が出来る。
このときDNAを混ぜておくと、DNAの密度とつりあう溶液の密度の位置に、DNAが集まる。
こうして、DNAの質量のわずかな違いを検出できる。
結果
・ 1回分裂後のDNAからは、15Nと14Nを半々にふくむDNAだけが得られ、重さは中間の重さだった。
・ 2回分裂直後のDNAからは、15N-14Nの半々のDNAと、14NだけをふくむDNAが、1：1の割合で得られた。
重さは、14NだけをふくむDNAが、もっとも軽い。
・ 3回目の分裂後は、軽いDNAと中間の重さのDNAの比が3：1だった。
・ 4回目の分裂後は、軽いDNAと中間の重さのDNAの比が7：1だった。
・ n回目の分裂後は、軽いDNAと中間の重さのDNAの比が 2n－1：1 だった。
中間の重さのDNAは、何世代たっても消滅しなかった。
この実験によって、DNAの半保存的複製は証明された。
アカパンカビは、糖といくつかのビタミンなどを加えただけの培地（最小培地、minimal medium）で育成できる。アメリカのビードルとテータムは、アカパンカビにX線や紫外線などの放射線を当てて、DNAを変化させ、突然変異させた。
突然変異したものの中には、最小培地だけの栄養素では増殖できず、さらに他の栄養素も必要とする株が生じた。このような最小培地の他の栄養素も要求する株を栄養要求株という。
アルギニンを加えないと増殖できない株をアルギニン要求株という。このアルギニン要求株には、実験の結果、次の三種類あることが分かった。
このことから、
という、なんらかの順番が予想される。答えを言うと、これはアカパンカビによるアミノ酸の合成の順番である。
アカパンカビのアミノ酸合成で、グルタミン酸を材料に、
というふうに合成していく。グルタミン酸からオルニチンを合成し、オルニチンを材料にシトルリンを合成し、シトルリンを材料にアルギニンを合成していく。
そして、それぞれのアミノ酸を合成する酵素は、それぞれ別の酵素である。グルタミン酸からオルニチンを合成する酵素（仮に酵素Aとする）があり、オルニチンからシトルリンを合成する酵素（仮に酵素B）があり、シトルリンからアルギニンを合成する酵素（仮に酵素C）がある。
そして、これらは遺伝子の突然変異によるものだった。つまり、それぞれの酵素は、遺伝子が異なる。
酵素Aに対応する遺伝子Aがあり、それとは別に、酵素Bに対応する遺伝子Bがあり、それとは別に、酵素Cに対応する遺伝子Cがあることになる。
ビードルとテータムは、このような考察をもとに、「1つの遺伝子は、対応する特定の1つの酵素の合成を支配する。」という一遺伝子一酵素説（いちいでんし いちこうそせつ）を立てた。
現代では、さらに一遺伝子一ポリペプチド説へと拡張された。「1つの遺伝子は、対応する特定の1つのポリペプチドの合成を支配する。」というような説である、
もっとも、実際には選択的スプライシングによって、1つの遺伝子が、複数のポリペプチドに対応することもある。
ともかく、遺伝子は、ポリペプチドの合成を支配しているのが原則だろうと考えられている。
DNAの方向の定義は、デオキシリボースの五炭糖の炭素原子にもとづき、鎖の末端が5´の端部と、鎖の反対側の末端の3´の端部がある。3´の部分には水酸基OHが、もとから付いている。
この5´と3´の位置にもとづき、DNAの二本鎖のそれぞれ一本ずつの方向が定義される。なので、向かいあってるDNAの二本鎖は、定義にもとづき方向が逆となる。
DNAの片方の鎖の5´側の末端（つまりリンPがある側の末端）を、5´末端（5´ terminal）という。同様に、3´側の末端（つまり水酸基OHがある側の末端）を、3´末端（3´ terminal）という。
DNAを合成する酵素であるDNAポリメラーゼは、一方向にしか合成できない。このため、もう一方の鎖の合成は、合成前でのDNAのほどけていく向きとは逆向きに進行する。
このため、逆向きに合成するほうは、細切れの断片ずつでDNAを合成していく。そしてDNAリガーゼという酵素が断片をつないでいく。
ほどけていく向きと同じ向きに新しく合成される鎖をリーディング鎖（リーディングさ、leading strand）という。
ほどけていく向きと反対向きに合成される鎖をラギング鎖（ラギングさ、laging strand）という。
そして、ラギング鎖のそれぞれのDNA断片を、発見者の名前にちなんで岡崎フラグメント（Okazaki fragment）という。
DNAポリメラーゼがデオキシリボースの3´末端の位置に新たにヌクレオチドを付け加えていくことで、DNAは伸長される。伸長の方向について新生鎖を基準にすると、DNAの合成は5´から3´の方向へと合成していく。この5´→3´という方向に合成する法則は、リーディング鎖とラギング鎖ともに共通である。
ただしラギング鎖では断片がいくつもできから、3´に近い断片ほど、古くに合成された断片である。なので、長期的に見るとラギング鎖の合成方向が、新生鎖を基準にすると、まるで3´から5´に合成されていくように観察されることになる。
DNAポリメラーゼによる合成の開始の際に、一時的に、新生鎖の塩基にプライマー（primer）というRNAの配列が必要である。（※ RNAについては、のちの節で後述する。）　プライマーはあとで分解されて、DNAに置き換わる。ラギング鎖では断片がいくつもあるので、結果的にラギング鎖ではプライマーが、伸張時には、いくつも作られることになり、それぞれの断片の最初にプライマーがあることになる。
DNAの塩基情報がRNAに写し取られ、そのRNAの情報をもとにタンパク質が合成される。RNAは1本鎖である。
RNAの基本構造は、 塩基＋糖＋リン酸 からなるヌクレオチドである。
RNAの糖はリボース（英：ribose）である。RNAでは、DNAのアデニン(A)に結びつくのは、RNAのウラシル（U）であり、RNAはT(チミン)を持たない。（ウラシル、英：uracil）
RNAポリメラーゼ(RNA polymerase、RNA合成酵素)という酵素の働きによって転写され、RNAが合成される。このときDNAの領域で、RNAポリメラーゼが結合する領域をプロモーター(promoter)という。
RNAの種類は、働きによって、メッセンジャーRNAとトランスファーRNAとリボソームRNAの3種類に分けられる。
メッセンジャーRNA(mRNA)は、DNAの情報を写し取るためのRNAである。また、真核生物の場合、mRNAはリボソ－ム内へ移動し、そこでトランスファーRNAを正しくならべるための鋳型（いがた）としての役割を持つ。
トランスファーRNA(tRNA)は、リボソ－ムまでアミノ酸を運ぶためのRNAである。なので、アミノ酸がトランスファーRNAに結合している。
後述するが、mRNAの塩基3個ぶんの並びによってアミノ酸が決定される。なので、この塩基3つぶんの情報しか、トランスファーRNAは情報をふくまず、タンパク質を構成する多くものアミノ酸の並びについての情報はふくんでいない。
アミノ酸を正しく配列するためには、真核生物の場合、メッセンジャーRNAが必要である。
タンパク質の合成はリボソーム(ribosome)で行われ、トランスファーRNAの運んできたアミノ酸からタンパク質をつくる合成がリボソームで行われる。リボソームのもつRNAは、mRNAとは別の系統であり、DNAにもとづく別系統のRNAをリボソ－ムが持っているので、リボソームRNA（rRNA）という。
真核生物の場合、メッセンジャーRNAが核膜孔から出てきてリボソ－ムへ移動し、トランスファーRNAを正しく並べることで、結果的にアミノ酸を正しく並べる。
このように真核生物では、リボソーム内で、メッセンジャーRNAとトランスファーRNAが再開することになる。
このように、リボソ－ムで合成されるタンパク質でのアミノ酸の並びの決定方法は、おもにメッセンジャーRNAの配列にもとづくのであり、いっぽうリボソームRNAの配列は直接にはアミノ酸の並びの決定には関わっていない。
まず、DNAの塩基情報を写し取ることで合成されるRNAをメッセンジャーRNA（略記：mRNA）という。
真核生物の場合、核内で、DNAの一部が二本にほどけて、そのうちの一本の情報がRNAに相補塩基として写し取られる。
なお原核生物の場合、そもそも核膜が無いので、原形質の中で同様にDNAがほどけて、RNAに情報が写し取られる。
また、このようにDNAの情報がRNAに写し取られることを転写（てんしゃ、transcription）という。
mRNAの塩基3個の配列が、1つのアミノ酸を指定している。この塩基3個の配列をコドン(codon)という。コドンは、すでに解読されており、この解読結果の表を遺伝暗号表（いでんあんごうひょう）といい、mRNAの配列で定義されている。ほとんどの生物で、遺伝暗号（genetic code）は共通であり、原核生物か真核生物かは問わない。
このように、mRNAの塩基配列にもとづいてアミノ酸が合成される過程を翻訳（ほんやく、translation）という。
塩基3つの組をトリプレットという。DNAの塩基は4種類あるので、トリプレットは4×4×4=64種類ある。天然のアミノ酸は20種類であり、じゅうぶんにトリプレットで指定できる。もし塩基2つでアミノ酸を指定する仕組みだとすると、4×4=16となってしまい、アミノ酸の20種類には不足してしまう。
UUU (Phe/F)フェニルアラニン
UUC (Phe/F)フェニルアラニン
UUA (Leu/L)ロイシン
UUG (Leu/L)ロイシン
UCU (Ser/S)セリン
UCC (Ser/S)セリン
UCA (Ser/S)セリン
UCG (Ser/S)セリン
UAU (Tyr/Y)チロシン
UAC (Tyr/Y)チロシン
UAA Ochre (終止)
UAG Amber (終止)
UGU (Cys/C)システイン
UGC (Cys/C)システイン
UGA Opal (終止)
UGG (Trp/W)トリプトファン
CUU (Leu/L)ロイシン
CUC (Leu/L)ロイシン
CUA (Leu/L)ロイシン
CUG (Leu/L)ロイシン
CCU (Pro/P)プロリン
CCC (Pro/P)プロリン
CCA (Pro/P)プロリン
CCG (Pro/P)プロリン
CAU (His/H)ヒスチジン
CAC (His/H)ヒスチジン
CAA (Gln/Q)グルタミン
CAG (Gln/Q)グルタミン
CGU (Arg/R)アルギニン
CGC (Arg/R)アルギニン
CGA (Arg/R)アルギニン
CGG (Arg/R)アルギニン
AUU (Ile/I)イソロイシン
AUC (Ile/I)イソロイシン
AUA (Ile/I)イソロイシン, (開始)
AUG (Met/M)メチオニン, 開始[1]
ACU (Thr/T)スレオニン
ACC (Thr/T)スレオニン
ACA (Thr/T)スレオニン
ACG (Thr/T)スレオニン
AAU (Asn/N)アスパラギン
AAC (Asn/N)アスパラギン
AAA (Lys/K)リシン
AAG (Lys/K)リシン
AGU (Ser/S)セリン
AGC (Ser/S)セリン
AGA (Arg/R)アルギニン
AGG (Arg/R)アルギニン
GUU (Val/V)バリン
GUC (Val/V)バリン
GUA (Val/V)バリン
GUG (Val/V)バリン, (開始)
GCU (Ala/A)アラニン
GCC (Ala/A)アラニン
GCA (Ala/A)アラニン
GCG (Ala/A)アラニン
GAU (Asp/D)アスパラギン酸
GAC (Asp/D)アスパラギン酸
GAA (Glu/E)グルタミン酸
GAG (Glu/E)グルタミン酸
GGU (Gly/G)グリシン
GGC (Gly/G)グリシン
GGA (Gly/G)グリシン
GGG (Gly/G)グリシン
たとえばAUGはメチオニンを指定する。またAUGは翻訳を開始するコドンでもある。
AUGのように、翻訳を開始するコドンを開始コドン（initiation codon）という。
いっぽう、UAA、UAG、UGAは対応するアミノ酸がなく、翻訳を終了させるので終止コドン（termination codon）という。
また、たとえばUUUはフェニルアラニンを指定する。
生物学者のニーレンバーグは1961年、塩基としてウラシル（U）だけを持つRNAをリボソ－ム溶液に加えたところ、フェニルアラニンが大量に合成されたことで、フェニルアラニンの遺伝暗号がUUUであることが発見された。
その後、生物学者コラーナなどのによって、遺伝暗号が解読された。
遺伝情報は、原則として DNA→RNA→アミノ酸→タンパク質 というふうに一方向に写されていき、その逆方向は無い。この原則をセントラルドグマ（英: central dogma）という。
セントラルドグマの例外的な存在として、ウイルスによってはRNAを遺伝物質として持つものがいて、このようなウイルスをRNAウイルスという。
また、RNAを鋳型としてDNAを合成することを逆転写といい、そのような働きの酵素を逆転写酵素という。
RNAウイルスは、逆転写酵素をもち、逆転写を行う能力をもっている。
エイズの原因であるHIVウイルスもRNAウイルスであり、また、HIVウイルスは逆転写酵素をもっている。
なお、ウイルス種類のグループの呼び名として、RNAウイルスであり、さらに逆転写酵素を持っているウイルスのことをレトロウイルスという。
エイズの治療薬は、この逆転写などを阻害することで、HIVウイルスの増殖を抑えるものである。[1]　現在の科学力ではエイズを完治することはできない。
エイズの治療薬は、逆転写酵素阻害剤、プロテアーゼ(タンパク質分解酵素)阻害剤、インテグラーゼ阻害剤の３種類を組み合わせている。（※高校の範囲内）[2] [3]
なお、現代ではウイルス以外の真核生物からも、RNAの遺伝情報をもとにDNAをつくる酵素が発見されている（※ 東京書籍の検定教科書で報告されている。東京書籍の教科書では、その酵素も「逆転写酵素」と呼んでいる）。

トランスファーRNA(tRNA)は、リボソ－ムまでアミノ酸を運ぶためのRNAである。なので、アミノ酸がトランスファーRNAに結合している。
トランスファーRNAには、mRNAのコドンの3塩基（トリプレット）と相補的に結合する3塩基をもち、トランスファーRNAのその3塩基の部分をアンチコドン(anticodon)という。
トランスファーRNAに、どの種類のアミノ酸が結合するかは、RNAのアンチコドンの配列によって異なる。
一本の、メッセンジャーRNAに対し、トランスファーRNAはいくつも作られる。なぜならトランスファーRNAのアンチコドンは、メッセンジャーRNAのたったの3つぶんの配列にしか相当しないからである。
メッセンジャーRNAの塩基配列をもとに、トランスファーRNAのアンチコドンが決定される。メッセンジャーRNAのコドンとトランスファーRNAのコドンは、お互いに相補的であるので、配列が違うので注意。遺伝暗号表などはメッセンジャーRNAのコドンを基準としており、アンチコドンは基準にしてない。
さて、トランスファーRNAのアミノ酸の種類は、トランスファーRNAのアンチコドンの塩基配列にもとづいており、トランスファーRNAのアンチコドンの塩基配列の決定は、メッセンジャーRNAの塩基配列のコドンにもとづいておるから、最終的に(トランスファーRNAに結合している)アミノ酸の種類の決定はメッセンジャーRNAにもとづく事になる。
タンパク質の合成はリボソーム(ribosome)で行われ、トランスファーRNAの運んできたアミノ酸からタンパク質をつくる合成がリボソームで行われる。リボソームも、独自のRNAを持っているのでリボソームRNA（rRNA）という。
真核生物の場合、メッセンジャーRNA(mRNA)が核から外に出てきて、トランスファーRAN(tRNA)とmRNAがリボソームで出会って、ポリペプチドをつくる。
リボソームに移動したmRNAの塩基配列に、tRNAのアンチコドンが結合する事によって、いくつもあるtRNAの並びが正しく並ぶ。
このようにアミノ酸の配列を決めているのはmRNAであり、けっしてリボソームRNAの配列はアミノ酸の配列決定には関わっていない。
また、リボソームへ移動するRNAは、けっしてトランスファーRNAだけでない。メッセンジャーRNAも、リボソームへと移動している。
さて、リボソ－ムで、tRNAからアミノ酸を切り離す作業が行われる。
そしてリボソームで、アミノ酸をペプチド結合でつなぎ合わせてポリペプチド鎖をつくり、そのポリペプチド鎖が折りたたまれてタンパク質になる。
アミノ酸を切り離されたtRNAは、mRNAからも離れ、tRNAはふたたびアミノ酸を運ぶために再利用される。
このように、リボソ－ムで合成されるタンパク質でのアミノ酸の並びの決定方法は、おもにメッセンジャーRNAの配列にもとづくのであり、いっぽうリボソームRNAの配列は直接にはアミノ酸の並びの決定には関わっていない。
mRNAへの転写が行われると、転写の終わりを待たずに、転写中に、ただちにリボソームがmRNAに直接に取りつき、そこでタンパク質の合成が行われる。
真核生物では、DNAからRNAへの転写時に、核の中で、いったん全ての配列が転写され、そのあとに配列のいくつが除去されて、残った部分がつなぎあわされてmRNAが出来上がる。
RNAの転写直後の、まだ何も除去されてない状態を mRNA前駆体 という。除去される部分に相当するDNA領域をイントロン（intron）という。mRNA前駆体からイントロンが取り除かれて、残って使われる部分に相当するDNA領域をエキソン（exon）という。エキソンに相当する部分どうしのRNAが繋がる。よってエキソンの領域が、タンパク質のアミノ酸配列を決めることになる。
このようなイントロン除去の過程をスプライシング（splicing）という。スプライシングは核の中で起きる。
mRNAは、転写直後のRNAから、こうしてイントロンに相当する配列が除去されてエキソンに相当する配列どうしが繋がった物である。
スプライシングが完了してmRNAになってから、mRNAは核膜孔を通って核の外へと出て行き、リボソームでのタンパク質合成に協力をする。
ある遺伝子の配列から、２種類以上のmRNAが作られる場合がある。これは、mRNA前駆体は共通だが、スプライシングの過程で、エキソン対応領域が除去される場合もあり、どのエキソンを除去するかの違いによって、最終的に出来上がるmRNAが変わってくるからである。また、いくつかのイントロン対応領域が除去されずに残る場合もある。エキソンどうしが繋がるときに、となりどうしのエキソンではなく、離れたエキソンと繋がる場合もある。
こうして、数種類のmRNAが作られる。これを選択的スプライシング（alternative splicing）という。
こうして少数の遺伝子から、選択的スプライシングによって多種類のmRNAが作られ、多種類のアミノ酸配列が出来て、多種類のタンパク質が作られる。
原核生物の場合は、一般に、転写で出来た配列が、そのままmRNAになる。よって原核生物ではスプライシングは起こらず、したがってイントロンを原核生物は持たない場合が普通である。
2本鎖のうち、転写されるのは、どちらか片方である。残りのもう片方の鎖は転写されない。
どちらの鎖が転写されるかは、場合によって変わり、けっして、あらかじめは決まってない。
転写されないほうの鎖をセンス鎖（センスさ、sense strand）という。転写されたほうの鎖をアンチセンス鎖（アンチセンスさ、sense strand）という。
どちらがセンス鎖になるかは、けっして、あらかじめは決まってない。
ある生物の細胞内に、もし外部からウイルスが侵入した場合、その細胞はすでにウイルスに感染されてしまってるので、生物はウイルスの増殖を防ぐ必要があり、ウイルスに感染した細胞の増殖やさまざまな活動を止めなければならないだろう。
上記のような理由だろうか、下記のような実験事実がある。
まず、真核生物では、RNAには、翻訳を行わない種類のものや、翻訳を妨害するものがあることが、わかっている。
真核生物でのmRNAの転写後に、もし、細胞内などに、そのRNAとは他のある短いRNAが存在している場合、そのある短いRNAがmRNAに結合して、mRNAを分解したり、リボソ－ムの翻訳を妨げたりするなどして、mRNAに（たいていは妨害的に）関わることをRNA干渉（RNA interference、略称：RNA i）という。
このような反応によって、mRNAの発現が妨げられる。このときの短いほうのRNAの長さは、切断され、塩基対の数が21塩基ほどになる。（参考文献: 羊土社『理系総合のための生命科学』、著: 東京大学生命科学教科書編集委員会、2007年第1刷、120ページ、コラム内の記事）
または細胞の遺伝子組み換えの際に、短いRNAを目的の細胞に人工的に導入して、上記のような切断反応や妨害反応などによる、遺伝子の発現の妨害（ノックダウン）を起こさせる事にも利用される。
RNA干渉は、外部から侵入したウイルスなどのRNAも切断したりもする。
歴史的な経緯によりセンチュウに存在するRNA干渉が有名だが、しかし、センチュウのほかにも、多くの菌類や植物などにもRNA干渉の現象は存在する（※ 第一学習社の検定教科書:）。
このため、外部の病原体や異物などの分解の仕組みとして、RNA干渉が発達してきたのだろうと考える研究者もいる。（参考文献: 裳華房『理工系のための生物学』、坂本順司、2015年8月10日 改訂版、133ページ、傍注、）
RNA干渉の発見者はファイアーとメローであり、センチュウを用いた実験で1998年に発見された。ファイアーらはノーベル生理学・医学賞を2006年に受賞した。
医療応用などにも期待されており、RNAの制御を通してDNAの発現を制御できそうだという期待をされている。
RNAを導入するときに、相補的なRNAどうしを結合させて二本鎖RNAにした場合のほうがRNA干渉が発現しやすい。書籍によっては、RNA干渉の紹介のときに最初から、「細胞に、ある短い二本鎖RNAを導入すると、mRNAを切断したりリボソームの結合を阻害したりして発現を阻害することをRNA干渉（略称：RNA i）という。」などというように、二本鎖RNAであることを前提としてRNA干渉を紹介している場合もある。
（※ 範囲外） よく、セントラルドグマの例外的な現象として、エイズなどの逆転写が上げられるが、逆転写以外のセントラルドグマの例外として、RNA干渉もセントラルドグマの例外とみなせる。（※ 参考文献: たとえば 東京大学理学系研究科-理学のキーワード-『RNA干渉』 2018年10月21日に閲覧）
※  じつは、本wikibooksの本章にあるような、前書きでの免疫的な説明による仮説は、検定教科書には無い(ただし、第一学習社だけ（「免疫」ではなく）「生体防御」という語で、後書きしており、センチュウなどからの防御と説明している)。検定教科書では、先入観を除去するためだろうか、免疫的な内容を、説明の前置きにはしていない。しかし、本wikibooksでは、まずRNA干渉の動作過程を学生に覚えやすくするため、便宜的に、免疫的な内容を前置きした。
大学レベルの教科書でも、免疫的な説明の前置きは無く、免疫的な内容は、あとがき的に、仮説のひとつとして説明されている場合が多い。
かま状赤血球貧血（sickle-cell anemia）は、欠陥をつまらせる。溶血して貧血の原因にもなる。
原因は、ヘモグロビンをつくるアミノ酸配列の異常であり、その配列異常の原因は、DNA配列の異常。
そもそもヘモグロビンはタンパク質で、できている。
ヘモグロビンタンパク質の6番目をつくる遺伝子のDNA配列上のある一個のチミンが、アデニンに置き換わっているため、この病気が起きる。
この置き換えによって、本来ならmRNAのコドンのGAGという配列によってグルタミン酸(Glu)というアミノ酸が出来るべきところが、GUGというコドンになってしまっているのでバリン(Val)というアミノ酸が出来る。
このためヘモグロビンのアミノ酸配列が変化し、結果的にヘモグロビンタンパク質の立体構造が変化して、かま状の構造になる。
鎌状赤血球貧血症の患者はマラリアに強く、そのためマラリアの生存地域のアフリカなどでは、むしろ生存に有利でもある。
マラリアの起こる仕組みは、マラリア原虫が赤血球に感染して起きる病気である。
ショウジョウバエやユスリカの幼虫の唾腺（だせん）の細胞では、巨大な染色体が観察でき、その唾腺（だせん）染色体では、パフという、膨らんだ部分のある染色体が観察される。パフでは転写が活発に行われている。パフの位置は、発生の成長の段階に合わせて、パフの位置も変わっていく。
このようなことから、遺伝子は、けっして常に同時に転写されるわけではなく、そうではなくて、発生にともなって活発化する遺伝子が変わっていくことが分かる。
昆虫の脱皮やさなぎ化などの変態はエグジステロイドというホルモンによって促進される。パフの発現も、エグジステロイドによって促進されている。
ヒトの必須アミノ酸でフェニルアラニンというアミノ酸がある。
健康な人間なら、不要になったフェニルアラニンは分解される。しかし、フェニルケトン尿症(phenylketonuria)の患者では、そうではない。
この病気は遺伝病であり、原因は遺伝子の配列にある。
フェニルケトン尿症では、フェニルアラニンをチロシンに変換する酵素の遺伝子の塩基が変化してしまっていることが原因であり、そのため変換酵素が合成できず、その結果、チロシンが合成されないで、ファニルアラニンが血液中に余り、フェニルケトンに変化して、尿中にフェニルケトンとして排出される。
チロシンをもとにして、メラニン（melanin）やアルカプトンなどが合成される。
メラニンを合成する酵素に異常が起きた遺伝性の症状が、アルビノ(albinism)である。
アルカプトン（ホモゲンチジン酸）は、健康なヒトでは最終的に分解され、水と二酸化炭素になる。を分解する酵素（ホモゲンチジン酸オキシダーゼ homogentisate dioxygenase）に異常が起きたため、この酵素が無く、アルカプトンを分解できなくなった遺伝病がアルカプトン尿症（alcaptonuria）である。アルカプトン尿症では、尿中に尿を放置すると、尿が黒くなる。
なお「アルビノ」とは、メラニン色素をつくる遺伝子が突然変異などで欠損したことによって起こり、そのために、体が全体的に白く、瞳（ひとみ）は赤い、症例または そのような動物個体。わかりやすい例でいうと、白ウサギのような色をしている動物がアルビノである。なお、アルビノ者の瞳の赤色は、毛細血管の色である。
紫外線により、DNA上で隣接する2個のチミンどうしに紫外線が当たれば、チミンどうしが結合してしまい、こうしてチミンは損傷する。
こうした損傷を受けると、損傷を直すために、二本鎖のうちの損傷を受けた側のヌクレオチドとその周囲の塩基（除去される塩基数は十数ほど）が除去されて、新しい塩基と置き換わる。
DNAポリメラーゼによって、損傷を受けてない側の鎖の塩基をもとに、相補的な配列が加えられ、DNAリガーゼで両端がつながれることで、修復される。
大腸菌は、生育にグルコースを必要とする。では、乳糖（ラクトース）などの、他の糖では、どうなるか。
フランスのジャコブとモノーの1965年ごろの実験により、大腸菌とラクトース（乳糖）について、以下の事が明らかになった。
大腸菌はグルコースがある環境では、ラクトース（乳糖）を消化しない。しかし、グルコースが無くて、ラクトースがある環境では、ラクトースを分解する酵素（βガラクトシダーゼなど）を合成し、大腸菌はラクトースを消化する。
また、突然変異をした大腸菌では、グルコースがあってもラクトースを分解する株も、あらわれた。
この突然変異の事から、遺伝子が、関わっていることが予想される。
また、突然変異でない通常の株について、糖の分解では酵素が働いてるわけであるが、そもそも酵素の合成には遺伝子が発現をしているわけだから、つまり遺伝子の発現の何かが環境によって変わったことになる。通常の株については、グルコースが多かろうが少なかろうが、DNAの塩基配列そのものは同じであり、DNAの塩基配列は何も変わっていない。グルコースの多いか少ないかで変わったのは、DNAの発現の何かである。
では、具体的に、いったい、DNAから酵素合成までのどの段階で、発現の有無を切り替えているのだろうか、という疑問が、本節で説明することである。
つまり、もしやDNAが発現しないことでRNAが存在してないのか、それともRNAが発現しないことでポリペプチドが存在していないのか、あるいはポリペプチドが発現していないことで酵素として発現していないのか、それとも･･･、などの検討である。
大腸菌のラクトース分解の場合は、DNAに調節タンパク質がくっつく事によって、DNAの発現の調節が起きていることが分かっている。このような調節タンパク質がくっつくDNAの領域をオペレーター（operator）といい、その遺伝子群をオペロン（operon）という。
（※　以下、参考文献：Wikipedia日本語版記事『オペロン』）
この大腸菌のラクトース分解の機構は、1980年ごろからの遺伝子工学やX線構造解析などの実験などによって、近年になって機構が証明された。1960年代の当事では、まだ仮説であり証明できておらず、おそらくDNAの段階で調節されているのだろうという仮説の段階であった。
（Wikipedia解説おわり）
ジャコブとモノーは、おそらくDNAの段階で調節されているのだろう、というオペロンの機構の説を提唱し、これをオペロン説（operon theory）という。
RNAポリメラーゼは、DNAからmRNAへの転写の開始の際、まずプロモーターというDNA領域に、くっつく。
大腸菌のラクトース分解の事例では、大腸菌DNAのプロモーターと、酵素の遺伝子との間に、オペレーターがあって、このオペレーターに調節タンパク質がつくことで、mRNAへの転写を中断させるという仕組みで、発現を抑制してるのである。
そして調節タンパク質がDNAに結合できるかどうかが、環境中の物質によって変わってくることになる。
さて、転写を抑制する調節タンパク質のことをリプレッサー(repressor)という。
大腸菌の場合、グルコースが多い通常時は、ラクトース分解酵素の遺伝子DNAの直前の領域について、リプレッサーとして働く調節タンパク質が、オペレータ領域に結合することでRNAポリメラーゼの進展を妨害し、こうしてラクトース分解酵素の発現を抑制している。
またラクトースがありグルコースが無い環境では、大腸菌は、リプレッサーとして働く調節タンパク質の形状が変わり、もはや調節タンパク質はオペレータ領域に結合できなくなる。すると、グルコースが多い通常時ではRNAポリメラーゼの進展を妨害していた結合タンパク質がなくなるので、RNAポリメラーゼが酵素遺伝子に向かって進展ででるようになり、こうして酵素の遺伝子をRNAポリメラーゼが転写して、ラクトース分解酵素が発現する。
なお、大腸菌のラクトース分解の以外の事例では、別にRNAやタンパク質などが酵素の発現を調節する事が無いわけではない。そのような現象もある。単に大腸菌のラクトース分解の場合では、DNAにリプレッサーが結合することで、酵素の発現を調節しているということである。
これらの結果から、また、調節タンパク質をつくるための遺伝子も存在している事が分かる。
調節タンパク質をつくるための遺伝子を調節遺伝子（regulatory gene）という。
大腸菌では、アミノ酸のトリプトファンが多いとき、転写が促進される　。トリプトファンが少ないとき、転写が抑制される。
真核生物のDNAは、通常時は、ヒストン(histone)という球体のタンパク質に、まとわりついている。このヒストンは、ヒストン4個（つまり球体4個）で、一つの組になっている。ヒストンにDNAがまとわりついた構造をヌクレオソーム(nucleosome)という。さらに、このヌクレオソームが連なったものが、折りたたまれる構造をとっており、このヌクレオソームの折りたたまれた構造をクロマチン繊維(chromatin fiber)という。
DNAからRNAへの転写について、このようなヌクレオソームな状態では（つまり、ヒストンにDNAが、まとわりついた状態ではクロマチン繊維がぎゅうぎゅうにくっついているため、RNAポリメラーゼがくっつくことができない）、転写できない。転写の前にヒストンから、DNAが、ほどかれる必要がある。
ヒストンの特定のアミノ酸にアセチル基 -CH3CO- が結合することで、DNAとヒストンとの結合が弱くなり、ヒストンからDNAが、ほどかれる。
いっぽう、ヒストンの特定のアミノ酸にメチル基が結合すると、ヒストンに強く結合するので、ほどけにくくなるため、転写されにくくなる。
（※ 未記述）
染色体は、ふつうは2nだが、まれに2n±1や2n±2などの個体が現れ、このような性質を異数性といい、その性質を持って生まれた個体を異数体という。
染色体の核相が3nや4nの場合、そのような性質や現象を倍数性といい、その性質を持って生まれた個体を倍数体（ばいすうたい、ploid）という。3nのものを三倍体といい、4nのものを四倍体という。なお、通常の核相2nの個体を二倍体という。
三倍体は正常には減数分裂ができないため、生殖能力が無い。たねなしスイカは三倍体であるので、種を持たないのである。
4nなどの倍数体は、化学薬品のコルヒチンなどで生じやすい。なお、コルヒチンそのものはユリ科のイヌサフランなどに含まれる。
細胞分裂時の紡錘体の形成を、コルヒチンが阻害する。このため、細胞分裂時に倍増した染色体が両極に分かれず、そのまま四倍体の細胞になる。
三倍体は、四倍体と二倍体とを交配させて作る。
(※ 未記述)
「アルビノ」とは、メラニン色素をつくる遺伝子が突然変異などで欠損したことによって起こり、そのために、体が全体的に白く、瞳（ひとみ）は赤い、症例または そのような動物個体。わかりやすい例でいうと、白ウサギのような色をしている動物がアルビノである。なお、アルビノ者の瞳の赤色は、毛細血管の色である。
フェニルケトン尿症やアルカプトン尿症については、他の単元で説明する。（単元「遺伝性の代謝異常」など。）
ダウン症候群とは、ヒトの遺伝病の一つであり、21番目の染色体が一本多い。先天的な知能障害がある（※ 参考文献: 『チャート式新生物 生物基礎・生物』平成26年版）。このため染色体数は合計で47本になる。母親の高齢出産で生じやすい。
（※ 理科の範囲外 :）なお、人間の場合、高齢出産でダウン症が起きる確率が上がる。（※ 清水書院の社会科の資料集『現代社会ライブラリーへようこそ 2018-19』でも紹介。）
近年、出生前診断（しゅっせいまえ しんだん）により、胎児のダウン症や流産などの異常の有無を検査できるようになった（※ 2019年に記述）。

おもに遺伝子工学について、この単元では解説される。
たとえば大腸菌は、菌体内に侵入してきたウイルスのDNAを切って殺す酵素を持つことがわかっている。この酵素は、特定の配列をもつDNAの特定の箇所を切断することがわかった。制限酵素にDNAを混ぜると、DNAの特定の配列を切断する。
大腸菌の持つEcoR1（エコアールワン）は　GAATTC　という配列を持つDNAをその個所で、GとAの間を切断する。
というふうに、切断する。
ほかのバクテリアなどからは、BamH1（バムエイチワン）が発見された。
BamH1は、GGATCCを切断する（ G（切）GATCC ）。
このように酵素が異なれば、切断する配列も異なる。
これらのような、特定の配列のDNAを切断する核酸分解酵素を制限酵素(せいげんこうそ、restriction enzyme)という。
いっぽう、切れたDNAをつなげるDNAリガーゼ(DNA ligase)という酵素も見つかっている。
制限酵素とDNAリガーゼは、DNAを組替えるための、ハサミとノリのような物として利用できる。制限酵素がハサミであり、DNAリガーゼがノリである。
このような酵素をいくつも用意しておけば、人間が酵素を混ぜることによって、遺伝子の組換えができる。
二本鎖DNAでは、A-T、G-Cがついになっている。
EcoR1の切断する、GAATTCの対は、
というふうに、下側のDNA配列（CTTAAG）を逆向きに読むと、上の配列と同じになっており、回文（かいぶん）構造である。回文とは、「たけやぶ やけた」とか「しんぶんし」とかのような逆さ読みしても同じ言葉になる文のことである。
なお、遺伝子組み換えした生物のことをトランスジェニック生物（トランスジェニックせいぶつ）という。
2本鎖DNAの両端がつながり、環状になっているDNAをプラスミド（plasmid）という。大腸菌にはプラスミドがある。遺伝子の組換えではプラスミドが、用いられる場合が多い。プラスミドは菌体内で独立して増える。バイオテクノロジーでの遺伝子組み換えのときに、大腸菌などのプラスミドに遺伝子を組み込んで、その菌に取り込ませて菌のDNAに組み込む事が多い。DNA発現時に有用なタンパク質を生産するDNAを組み込めば、遺伝子組み換えした菌を増殖させることで、その菌に有用なタンパク質などを作らせたりもできる。
遺伝子組み換えのときのプラスミドのように、遺伝子組み換えのときに目的の生物に遺伝子を組み込むための容れ物のことをベクター（vector）という。vectorとは「運び屋」という意味である。
ヒトの糖尿病の治療に用いられるインスリン（すい臓のホルモン）や、ヒトの成長ホルモンも、遺伝子組み換えした大腸菌で、すでに生産できるようになった。このように天然からは少量しか採取できないタンパク質や酵素などを遺伝子組み替え技術を用いて大量生産する技術が研究・開発されている。
大腸菌はプラスミドを持ち、プラスミドの中に、大腸菌自身が作る制限酵素をコントロールする遺伝子を持つ。
たとえば輪ゴムを切ると一本のゴム糸になるように、プラスミドは制限酵素を用いて切断されると、切断されたプラスミドは線状になる。
植物に遺伝子を組み込む場合は、アグロバクテリウム (Agrobacterium)という土壌細菌と、そのプラスミドを用いる場合が多い。アグロバクテリウムを植物に感染させて遺伝子を組み込む。
目的の遺伝子をプラスミド中に組み込み、そしてアグロバクテリウムを植物に感染させる方法で、植物に組み込む。
なお、このように、遺伝子組み換えした植物のことをトランスジェニック植物という。
植物によってはアグロバクテリウムが感染しづらい場合もある。そのような感染しづらい場合、後述の細胞融合などの方法を用いたり、微小ピペットなどで直接的に導入する場合もある。
遺伝子組み換えなどによって、個体の形質を変えることを、形質転換(けいしつ てんかん)という。
研究中の遺伝子組み換え生物では、その安全性が、まだ検証中の場合もあり、なので実験中の生物が外部に漏れないようにするなどの対策も行う必要もある。
カルシウムイオンCa2＋は大腸菌の細胞膜の透過性を上げるので、カルシウムイオンを発生させる物質を加えると大腸菌がプラスミドを取り込みやすくなる。このカルシウムイオンによる大腸菌へのプラスミド組み込みの実験では、塩化カルシウム Cacl2 がよく使用される。このようにして大腸菌にプラスミドを取り込ませて形質転換を起こさせる。
DNAは95℃程度の高温にすると、塩基間の水素結合が外れて、一本鎖に分かれる。この現象を利用して、さらにDNA合成酵素のDNAポリメラーゼ（DNA polymerase）と、材料の塩基対4種類（アデニン・チミン・グアニン・シトシン）を使って、DNAの個数を2倍に複製する事が出来る。
95℃で2本に分かれた一本鎖の両方ともDNAポリメラーゼで相補塩基を足されて2本鎖になるから、最終的にDNAの個数が2倍になる。
同じ反応を何回も繰り返すことで、最初から数えて 2倍→4倍→8倍･･･ と倍倍でDNAの個数を複製できる。
増幅率は、理論上は20回くりかえすと、220＝1048576個になる。
DNAポリメラーゼは、すべての生物にあるが、この反応で用いるDNAポリメラーゼは温泉などから発見された細菌に由来する、熱に強い耐熱性のDNAポリメラーゼを用いている。
このようなDNAポリメラーゼを用いたDNAの複製技術をPCR法（ピーシーアール法）あるいはポリメラーゼ連鎖反応（polymerase chain reaction）という。
DNAポリメラーゼによる合成の開始には、出発点としての塩基対の一本鎖が別に必要である。あらかじめ化学合成しておいた短めの相補塩基対の一本鎖をプライマーという。プライマーが合成の出発点として必要である。
くわしい手順は、次の通り。
増幅率は、理論上は「20回くりかえすと、220＝1048576個になる」だが、実際には、一回の工程では、かならずしも複製しきれないこともあり、理論値よりも実際の増幅率が低くなる。
まず、DNAは、水の中では負の電荷を帯びる。なぜなら、DNAのリン酸基が電離するためである。よって、適切な緩衝液の中ではDNAは負に帯電している。このような緩衝液の水溶液で湿らした寒天ゲルの中にDNA断片を置く。寒天の材質にはアガロースが良く用いられる。　さて、DNA断片に電場をかけると＋極に引かれて動き出す。
このとき、移動速度は、長いDNA断片ほど、寒天の網目に引っかかるので移動速度が遅い。
このような実験を電気泳動（でんき えいどう、electrophoresis）という。電気泳動によって、移動速度を実験的に調べることで、DNAの長さを実験的に調べられる。つまり、DNA断片の分子量や塩基数を実験的に調べられる。
実験の際、比較のため、長さを調べたいDNA断片とは別に、すでに塩基数・分子量が分かっている別のDNA断片も用いて比較実験する。このような比較のための既に塩基数や分子量の分かっているDNA断片をマーカーという。
観測する際は、泳動後にDNA染色液を用いて染色する。実験装置の構造上、DNAが帯（バンド）状に染めだされるので、DNA電気泳動で染めだされた物をバンドという。このバンドの位置から、塩基数を推定する。
まず人によってDNAの配列は微妙に違っている。制限酵素でDNAを切ると、得られるDNAの断片の長さは人によって違う。このDNA断片を電気泳動にかけると、人によって、DNA断片の移動速度が違う。
刑事捜査や血液鑑定などに応用されている。
オワンクラゲは緑色に光る蛍光タンパク質を持つ。このオワンクラゲの緑色蛍光タンパク質のことをGFP（green fluorecent protein）という。このGFPが、遺伝子組み換え実験での、組み込んだ遺伝子の発現を調べるための目印として、よく用いられる。
まず、GFPに紫外線を与えると、緑色の蛍光を発する。
調べたいDNA配列の一部に、オワンクラゲの緑色蛍光タンパク質（GFP）の遺伝子を組み込む。すると、調べたいDNA配列が発現している箇所で、いっしょにGFPの遺伝子も発現し、その結果、緑色の蛍光を発する。調べたい対象の生物を生きたまま蛍光させられるので、生きたまま遺伝子の発現を調べることができる。
下村修（しもむら おさむ）が2008年に、オワンクラゲのGFPの研究でノーベル賞を受賞した。
なお、ホタルの発光は、これとは異なる仕組みであり、ホタルの光は化学反応による発光でありATPを消費する。
実は、オワンクラゲの体内では、光のおおもとの光源はGFPではない。イクオリン (aequorin) というタンパク質が、オワンクラゲの発光の光源である。イクオリンにカルシウムが結合すると、青く光る。（このため研究ではイクオリンは細胞中のカルシウムの検出にも用いられる。）
目的の細胞への注射、または組み換え遺伝子により、目的の細胞の部位にイクオリンを含ませるのである。） （※ イクオリンの導入方法が注射の場合もあることについての参考文献: 羊土社『基礎から学ぶ生物学・細胞生物学』和田勝、2015年第3版、194ページ、）
イクオリンからの青色の光をGFPが受け取り、緑色に変換しているのである。
このイクオリンを発見した人こそ、ノーベル賞受賞をした下村修（しもむら おさむ) である。
なお、単にGFPで緑色に光らせたい目的の実験なら、イクオリンが無くても紫外線を照射すれば、GFPが緑色に発光する。（※ 参考文献: チャート式の生物、平成26年4月版）
DNAポリメラーゼを用いたDNAの複製時に、材料のヌクレオチドに、塩基配列中のデオキシリボースの代わりにジデオキシリボースを持つ特殊なヌクレオチド（つまりジデオキシヌクレオチド）を作っておくと、そのジデオキシリボースがDNAに混ざったところで合成が止まる。
これを利用して、塩基配列を解析する方法が、ジデオキシ法（あるいはサンガー法ともいう）である。
まず、解析したいDNAを一本鎖にする。
そしてジデオキシリボースの塩基ごと（A、T、G、C、）に、合計4色の異なった蛍光色素で標識する。
あとはDNAポリメラーゼで合成を開始させればよい。
たとえばA（アデニン）にジデオキシリボースｗｐ持つ物をある蛍光色素（1とする）で染色し、Tに持つ物を色素2で染色し、Gに持つ物を蛍光色素3で染色、Cに持つ物を蛍光色素4で染色する。このように、それぞれを異なる色素で染色しておく。こうすれば、合成が止まったときのDNAの蛍光色素の色で、止まった部位の塩基が分かる。
これと電気泳動を組み合わせれば、長さごとに分けられるので、あとは長さの順に並べて塩基を読めば、DNAの配列が分かる。
植物や菌の細胞を、まずペクチン質が細胞どうしをくっつけているので、ペクチナーゼで、そのペクチン質を溶かす。そしてセルラーゼで細胞壁を溶かす。（またはリン酸カルシウムを用いて、細胞壁を溶かす場合もある。）
なお、実際の実験では、浸透圧を調節する必要がある、浸透で細胞を壊さないようにするためセルラーゼ液などにマンニト－ルやグリシンなども加えている。[5]
細胞壁がなくなると、細胞融合が起こりやすくなる。細胞壁がなくなると、内側の球形の細胞だけが残る。この細胞壁の無くなった残りの内側の球形の細胞をプロトプラスト (protoplast) という。プロトプラストは細胞膜だけに包まれている。プロトプラストと組換えプラスミドを混合すれば、細胞融合が行われる。細胞壁が残ったままだと、融合はほとんど行われない。
融合を開始するにはポリエチレングリコール(PEG）を加えるか、あるいはセンダイウイルス（HVJ）を用いる。センダイウイルスは動物細胞の融合でも利用される。
このような細胞融合の方法で、ポマトとトマトの細胞を融合したポマトも開発された。しかし、特性などが悪く、たとえばジャガイモの芽にある毒がポマトにも含まれるなどの短所もあり、実用化されなかった。
ホタルの尻尾にある発行物質ルシフェリンは、ルシフェラーゼを酵素として、アデノシン３リン酸ATPと酸素O2と反応して、オキシルシフェリンという、ルシフェリンに酸素の化合した物質を生成する。この反応に伴って、発光が起こる。
よって、ルシフェリンと蛍光光度計を用いることにより、ATPの量が測定できる。
反応する前のルシフェリンとルシフェラーゼの量を、一定にしておけば、ATPの量によって発光の強さが変わるからである。
ところで、ほとんどの細菌は体内にATPをもつから、ルシフェリンを用いて、細菌の量を測定できる。つまり、微生物による汚染の度合いを測定できる。
実用品として、すでに食品やレストランの衛生の度合いを測定するためのキットとして、ルシフェリンを含んだキットが実用化している。
（※ 以降、範囲外？）
ルシフェリンを用いた微生物量の測定
しかし細菌の体内にあるATPはこのままでは、ルシフェリンの混合液とは反応しない。細菌の細胞壁を破壊して、菌体外にATPを出してからでないと、ルシフェリンとは反応しない。よって、水に油を混ぜて菌を破壊して、ATPを菌体外に出す必要がある。
従来の方法では、検査対象をガーゼでふき取り、付着した微生物を寒天培地で一晩ほど培養し、バクテリアのコロニーを数えていたので、検査に1日かかっていた。
だが、ルシフェリンを用いた方法では短時間で終わる。
この方法には、大量のルシフェラーゼが必要になる。ホタルは希少な昆虫であり、乱獲するわけには行かないので、ホタル以外からの生産方法が必要になる。
日本の民間企業であるキッコーマン株式会社は遺伝子工学を用いてルシフェラーゼを大量生産することに成功した。大腸菌にルシフェラーゼを作る遺伝子を導入して、大腸菌にルシフェラーゼを生産させる方法である。
ルシフェラーゼの生産
植物の細胞片に植物ホルモンや培養液などを与えると、それから未分化の細胞の塊（かたまり）を育成したり、さらには個体を育成できる。こうしてできた未分化の細胞塊（さいぼうかい）をカルス（callus）という。
培養する前の細胞片は、植物の分化した細胞だったわけだから、その培養細胞から個体が作れたということは、再び分化したことになる。このような植物は条件を整えれば再度の分化をすることを再分化（さいぶんか）という。また、植物の細胞片から培養などで個体を作れることを分化全能性（ぶんかぜんのうせい）あるいは単に全能性という。
このように、分化した細胞片が全能性のある細胞に戻ることを脱分化（だつぶんか）という。
ちなみに細胞壁を除去した植物細胞であるプロトプラストを培養すると、細胞壁を再生する。
カルスを培養する際、添加する植物ホルモンの種類と量により、どのような組織に分化するかを制御できる（※ 高校理科の範囲内。）。
高いオーキシン濃度で、さらに低いサイトカイニン濃度という条件では、カルスは根に分化する。
いっぽう、高いサイトカイニン濃度、および、低いオーキシン濃度では、カルスは芽に分化する。（2016年現在の新課程生物でも、範囲内。数研出版や啓林館の検定教科書に記述あり。）
培養元の細胞片がウイルスに感染していると、培養中にウイルスごと培養して増殖してしまう。植物の茎の頂上である茎頂（けいちょう）の組織は、つねに成長分裂をしているので（茎頂分裂組織）、一般に、まだウイルスに感染していない（ウイルスフリー）。なので茎頂から採取した細胞片が、培養によく用いられる。（これを「茎頂培養」という。）
おしべの やく から取った花粉も、培養できる。これをやく培養という。生殖細胞の核相は、減数分裂によって核相が体細胞の半分（核相：n）であるので、よって培養された細胞も半数体（核相：n）である。なので、そのままでは花粉などの生殖細胞をつくれず生殖できない。これにコルヒチンを茎頂に加えると、コルヒチンは細胞分裂での紡錘体の形成を阻害して倍数体をつくる作用があるので、半数体の核相が2倍になって、もとの核相(2n)に戻る。染色体の2本鎖の両方とは、もともと同じ半数体の染色体だったので、コルヒチン処理後の染色体の遺伝子は純系（ホモ）になっており、やく培養前の遺伝子とは異なっている。
短時間で純系の植物を培養したい場合に、よく利用される。
農学などの応用の理由もあり、植物細胞の培養のバイオテクノロジーは、よく研究されているが、詳しい説明は高校理科の範囲を超えて、大学生物学や農学などの範囲になるので、説明を省略する。
一般に、発生後の多くの動物の細胞は、すでに分化を終えているので、培養しようと培養液につけても分裂・増殖できない。ただし例外として、発生中の動物細胞や、いくつかの動物を除く。
しかし、がん細胞は、発生後の個体から採取したがん細胞でも、培養できる。
がん研究などで、Hela細胞（ヒーラさいぼう）が用いられている。子宮がんで死んだアメリカ人女性ヘンリエッタ Henrietta Lacks の細胞である。1951年にHela細胞が実用化された。
1907年、アメリカのハリソンはカエルの神経細胞を培養し、培養した神経細胞から神経繊維が突起を伸ばすことを観察した。
植物に突然変異を起こしたい場合、放射線を用いる場合がある。
あるいは倍数体（核相が3nや4nなどのこと）を作りたい場合に化学薬品のコルヒチンを用いる事がある。（倍数体育種法）
なお、コルヒチンそのものはユリ科のイヌサフランなどに含まれる。
通常の細胞は二倍体である。細胞分裂時の紡錘体の形成を、コルヒチンが阻害する。このため、細胞分裂時に倍増した染色体が両極に分かれず、そのまま四倍体の細胞になる。
たねなしスイカは三倍体などの倍数体であるので、種を持たないのである。
この単元では、おもに遺伝子組み換えの観点からテクノロジーを解説しているが、これら遺伝子工学的なテクノロジーのほかにも、多くのバイオテクノロジーがある。
たとえば動植物の伝統的な育成方法にも様々な知識や技術が必要だし、また、たとえば人工授精には発生の仕組みの理解が必要である。身近な食品などでも、たとえば納豆やヨーグルトなどの発酵食品だって、生物を利用した技術である。ほかにも、木材を用いた家具とか、イグサを用いたタタミとか、生物に由来する材料は多くある。そのような生物に関する様々な技術の原理を理解できるようにするため、読者は、けっして、この単元だけでなく、ほかの単元も学ぶ必要もあり、よって生物I・IIを全体的に学ぶ必要がある。
また、薬品も用いることが多いので、読者は化学なども勉強しなければならない。遠心分離機も使うことがあるから物理の力学も勉強しなければいけないし、電気装置や照明機器・光学機器なども用いることがあり、さまざまな物理を勉強しなければならない。
読者は勉強する事は多いが、あまり気負いしないようにして、とにかく、きちんと高校の各教科の教科書・参考書・問題集などにマジメに取り組めば良いだろう。
（未記述）
（未記述）
iPS細胞は、体細胞に、ある4種類の遺伝子を入れるだけで分化全能性のある細胞になったのをiPS細胞というのである。では、どうやって、その4種類を特定したかというと、・・・
まず、ES細胞などの研究により、分化全能性をつかさどってる可能性のある遺伝子の候補を、24種類までに特定できた。
この24種類のなかには、分化全能性をつかさどるのに必要不可欠な遺伝子と、いっぽう、文化全能性には不要な遺伝子とが、混ざっており、一体どれが本当に必要な遺伝子かを、さらに調べる必要があった。
しかし、224（2の24乗）は16777216である。
そんな莫大な回数（16777216回）の実験をするのは無理だし、実際に山中伸弥らのグループはそのような実験はしてない。
山中らのグループは、24個の候補遺伝子から1個だけ遺伝子を抜いた23個の遺伝子を、使って実験したのである。
つまり、例えば、
・・・
たった24回の実験をするだけでよい。そして、山中らは実際に24回の実験をして、このようにして、山中のグループは、iPS細胞の発見にたどりついた。
なお、現状では、iPS細胞化のための4種類の遺伝子のひとつに、がん化を引き起こすウイルスから採取したDNAを使っているので、がん化のリスクがある。（※ 清水書院の社会科の資料集『現代社会ライブラリーへようこそ 2018-19』で紹介。）
高校用の検定教科書・受験参考書などを確認のために参考してるが、どこの教科書にも書かれているような共通的な内容のため、引用などの特別な理由の無い限り、これら検定教科書および参考書については参考文献としての文献紹介を省略する。
バイオテクノロジーについては、検定教科書のほか、次の文献を参考にした。
そのほか、大学用の教科書などを確認のため参考にしたが、高校範囲外なので、書名を高校生に知らせないほうが良いと考えて、特別な理由の無い限り、文献紹介を省略する。
ルシフェラーゼの記述の参考文献については、手元に文献が無いので書名を思い出せない。


地球は約46億年前に誕生しました。地球が誕生したときは、高温のマグマに覆われていたと考えられています。その時は、生命は存在していなかったと考えられています。
表面が徐々に冷えてくると、水蒸気が冷えて雨になり海ができました。
最初の生命は、この原始の海の中や近くで生まれたのではないかと考えられています。
また、隕石に有機物が含まれていることがあるので、有機物の起源を宇宙に求めるという説もあります。
ミラーは原始地球の大気を想定した気体中で放電することで、アミノ酸などの有機物が合成されることを発見した（1953年）。
ミラーが想定した原始大気は、メタン（CH4）・アンモニア（NH3）・水蒸気（H2O）、水素（H2）の混合気体である。
このような実験結果から、原始大気で放電などによってアミノ酸などが発生し、それをもとに生命が誕生したという可能性が、生命の発生の一説として考えられている。
また、このように、単純な化学反応によって最初の生命ができたという説を化学進化（かがく しんか、chemical evolution）という。
海洋の海底で、熱水が噴出している場所があり、これを熱水噴出孔（ねっすい ふんしゅつこう）という。地下のマグマによって熱せられている。
噴き出す熱水にはメタン・硫化水素・アンモニアなども含まれており、これらの物質は有機物の原料になるものが多いので、このような場所で生命の発生が起きた可能性も、生命の発生の説として考えられている。
オパーリン（生物学者）は、タンパク質をふくむ水の液滴、あるいは核酸をふくむ水の液滴などをコアセルベートとよび、コアセルベートから生命が誕生したと考えた。
今日の生命の遺伝物質はDNAであるが、しかし最初の生命はRNAを遺伝物質とする生命だったという考えがあり、RNAを遺伝物質とする生命が繁栄していたという考えがある。このようなRNAを遺伝物質とする生命の時代や、このような考えをRNAワールドという。
これに対して、今日の生命のようにDNAを遺伝物質とする生命の時代や考えをDNAワールドという。
最古とされる生物化石が、オーストラリアの約35億年前の地層から、見つかっている。この生物化石の最古の生物は、原核生物だろうと考えられている。
グリーンランドの約38億年前の地層の堆積岩から、生命の痕跡が見られる。これらのことから、約40億年前には、生命が誕生していたと考えられている。
27億年前の地層から、ストロマトライトとよばれる岩石状の層状構造が見つかっており、この構造は原核生物のシアノバクテリアが作る構造として知られている。この時代以降の地層で、世界各地からストロマトライトの地層が見つかっている。よって、この時代にシアノバクテリアが大繁殖していたと考えられている。
光合成をシアノバクテリアは行う。光合成で酸素が放出される。そのため、シアノバクテリアが繁栄していれば、海洋や大気で酸素が増加する。はじめは海洋中に解けていた鉄イオンと酸素が結びつき、酸化鉄として海底に沈殿していったと考えられている。（なお、今日、海底や地中にある鉄鉱床は、この時代に作られたと考えられている。）　海水中の鉄イオンが酸化して沈殿していくので、しだいに海洋中の鉄イオン濃度が低下していき、こんどは大気中で酸素濃度が増大することになった。この大気中での酸素の増加によって、酸素を好む好気性細菌が増加したと考えられている。
また、大気中の二酸化炭素が光合成などにより低下していたと考えられる。その結果、二酸化炭素による温室効果が低下し、地球の温度が低下したと考えられる。また、地上では酸素が増大したことにより、オゾンが形成され、地表に降りそそぐ紫外線の量が減るようになり、生物が生息しやすくなったと考えられる。
真核生物の中にあるミトコンドリアは、独自のDNAを持っている。
このことから、原核生物の嫌気性細菌の中に、ミトコンドリアの祖先である好気性細菌が入り込んで、それらが共生していった結果だと考えられており、このような説を共生説（きょうせいせつ）といい、マーグリス（アメリカ人）などによって提唱された。
葉緑体も独自のDNAを持っている。同様に、原核生物に、葉緑体の祖先の生物が入り込んで、共生していった結果だと考えられている。葉緑体の祖先は、シアノバクテリアに近い生物であることが、DNAの塩基配列の解析によって、分かっている。
地球上で最古の岩石ができてから現在までを地質時代（ちしつ じだい）という。
地質時代の区分は、先カンブリア時代・古生代（こせいだい）・中生代（ちゅうせいだい）・新生代（しんせいだい）に分けられる。
最古の生物が現れてから真核生物が現れるまでの時期は、先カンブリア時代にふくまれる。
各代は、さらに、いくつかの紀に分けられる。たとえば古生代は、カンブリア紀・オルドビス紀・シルル紀・デボン紀・石炭紀・ベルム紀に分けられる。
なおカンブリア紀は、古生代であり、先カンブリア時代ではない。
三葉虫（さんようちゅう）は古生代の生物であり、アンモナイトは中生代の生物である。三葉虫は古生代末に絶滅してしまう。よって、三葉虫の化石がある地層から出土すれば、その地層が形成された年代は古生代であることが分かる。このような、時代を知れる化石を示準化石という。三葉虫の化石は、示準化石である。いっぽう、サンゴは暖かくて浅い海に生息するので、サンゴの化石があれば、その化石ができた時代に、その場所は暖かくて浅い海底だったことが分かる。このサンゴの化石のように、場所の特徴を知れる化石を示相化石（しそう かせき）という。
先カンブリア時代の後半である約7億年前、地球が寒冷化して、地球の大半が氷河で覆われた。これを全球凍結（ぜんきゅう とうけつ、Snowball Earth スノーボール・アース）という。全球凍結によって、多くの生物が絶滅した。一部の生物は絶滅をまぬがれて、生き残った。
示準化石によって、地層の新旧は分かるが、具体的に何年前のものかは分からない。具体的な年代は、放射性年代測定によって測定される。放射性同位体は、一定の速さで壊変して最終的に安定な原子に変わっていく。（と考えられている。実際に古代から現在までの放射同位体の壊変速度を測定した人はいない。）
放射性同位体のもとの原子の総数が、もとの半分になるまでの間にかかる時間のことを、半減期（はんげんき、half-life）といい、放射性同位体の種類によって異なる。
半減期は、その原子ごとに一定であり、変わらない。この法則を利用して、化石の年代を測定する。
元素の種類によって、測定方法は細かくちがう。
生物の化石の場合、つぎに述べる炭素の放射性同位体がよく利用される。
地上の大気にふくまれる炭素Cは、太陽光線などの影響により、いくらかの割合で一部の炭素が放射性同位体の炭素 14C に変わる。生きている植物体は光合成などにより、放射性炭素ごと、炭素を取り込む。このため、生きている植物体は、一定の割合で放射性炭素をふくむ。放射性炭素の半減期は、約5700年である。
植物体が死ぬと、大気との循環が止まるので、新たな放射性炭素が増えなくなるので、これを利用して化石の年代を測定できる。
炭素の半減期は、約5700年と、地球の歴史の中では短いほうなので、数万年以内という新しい時代の年代を測定するときに用いる。
古い地質時代の年代測定は、ウラン（238U）などの半減期の長い元素の放射性同位体による。ウラン238Uの半減期は4.5×109 年。
化石や地層の古さを数値で具体的に、たとえば「約200万年前」「約2500万年前」のように表した年代を、絶対年代（ぜったい ねんだい、absolute age）とか数値年代（）という。
放射性同位体による測定を利用して数値年代を測定する場合が多いので、放射性年代（ほうしゃせい ねんだい、radiometric age）ともいう。
一方、示準化石などを利用して、「この地層は、あの地層よりも古い」などというように地層の新旧関係のみを考えた場合の年代を相対年代（そうたい ねんだい、reklative age）という。
最初の多細胞生物が出現した時期は不明だが、おそらく約10億年前の先カンブリア時代だと考えられている。最古の多細胞生物の化石が、約6．5億年前とされる地層から見つかっている。世界各地で、同時期の地層から、この時代の生物の化石が見つかっている。オーストラリアのエディアカラという地域が、そのような化石の産出地として代表的であるので、この6.5億年前ごろの時代の生物群をエディアガラ生物群（エディアカラせいぶつぐん）という。エディアカラ生物群のほとんどは、体がやわらかく、殻を持たず、扁平な形をしている。
体が扁平なことから、移動能力は低いと考えられ、また、海中から酸素を直接に取り入れていたと考えられる。
クラゲのような生物の化石も見つかっている。
このエディアカラ生物群は、気候の変動などにより、ほとんどの種が絶滅した。
そして、約5億4000年前に先カンブリア時代が終わる。
軟体動物や節足動物、環形動物など、多くの種類の動物が誕生した。このような、カンブリア時代での生物の多様化を「カンブリア大爆発」という。
カナダのロッキー山脈のバージェスで化石が発見されたことから、この時代の生物群をバージェス動物群という。
三葉虫、アノマロカリスなどが、バージェス動物群である。
殻の成分としてカルシウムを持つ生物が多くいることから、海水中にカルシウムが豊富だったと考えらている。また、硬い殻は、捕食者に対抗するためのものだと考えられており、つまり、捕食者-被食者の関係が、この時代の生物群で既に存在していたと考えられている。
カンブリア紀の末までに多くが絶滅した。
カンブリア紀末～オルドビス紀（古生代）の魚には、顎（あご）が無く、ヤツメウナギの仲間である無顎類（むがくるい）だった。
古生代シルル紀～デボン紀に、顎のある魚が出現し、シーラカンスなどが出現した。
カンブリア時代に光合成をする藻類が繁栄し、酸素が大気中に増大し、それによってオゾン層が形成された（オゾンの化学式はO3）。
　このため、地表にふりそそぐ紫外線が減った。（紫外線は、DNAを傷つける。）
化石が確認されている最古の陸上植物は、シルル紀のクックソニアである。（クックソニアの高さは数cm）　クックソニアの個体は、二つに枝分かし、その枝の先に胞子のうをつける。
その後、リニアという維管束をもつ植物が出現し、のちの維管束植物の祖先になった。
デボン紀には、維管束を持ち、根・茎・葉の区別があるシダ植物のような植物が繁栄した。また、シダ植物のような種子植物が繁栄し、シダ種子植物といわれる。シダ種子植物が、ソテツとよく似ているシダ植物なので、ソテツシダともいう。　これらの植物には高さ20mにもなるものもあり、森林をつくるほどであった。
植物の陸上進出と同じころ、動物も陸上に進出した。植物と動物のどちらが先かは、不明である。
このころの動物は、ムカデやクモや昆虫のような節足動物であったと考えられる。
デボン紀の末期には、魚類から進化したと考えられる原始的な両生類が現れた。最古の両生類として考えられているイクチオステガは肺を持っており、また四肢を持っており、浅瀬や陸上を歩いて移動できたと考えられている。
石炭紀になると、ハ虫類が出現した。ハ虫類は、胚発生時に、胚膜（はいまく）で胚が保護されておる。また、卵の外側は硬い殻で覆われている。卵が陸上で生存できるようになり、脊椎動物の陸上への進出が、達成された。
また、羽を持った昆虫も出現した。巨大なトンボ（80cmくらい）の化石が見つかっている。
古生代の末、地球が寒冷化し、大量絶滅が起きた。三葉虫は絶滅し、シダ植物の森林は衰退した。
寒冷化の原因は不明だが、この時期に大規模な地殻の変動が起き、また酸素濃度が激減したことが分かっている。
古生代最後のペルム紀から中生代の初めごろに、地球の乾燥化が起き、乾燥に強い生物が繁栄した。中生代には、植物ではイチョウやソテツなどの裸子植物が繁栄した。また、中生代の中ごろから、被子植物が出現した。被子植物は胚珠が子房の中にあり、そのため乾燥に強い。
中生代の動物では、ハ虫類の大型化した恐竜類が出現して繁栄した。また、三畳紀（さんじょうき、別名：トリアス紀）には哺乳類（ほにゅうるい）が出現した。
ジュラ紀には、恐竜から進化した鳥類が出現した。始祖鳥（しそちょう）が、中生代ジュラ紀には出現していた。ジュラ紀の地層から始祖鳥の化石が見つかっている。中生代の海中ではアンモナイトが繁栄した。
中生代の最後の白亜紀（はくあき）には、現在でいうカンガルーにあたる、有袋類（ゆうたいるい）が出現していた。白亜紀には、草本の被子植物が出現した。
中生代の末期、大量絶滅が起きた。中生代末期である約6600万年前に、大型の隕石が地球に衝突したことが分かっているので、この隕石衝突による気候変動が原因だろうという説が有力である。
新生代末期の白亜紀の地層と、新生代の初めの地層から、高濃度のイリジウムが多く見つかっているが、このイリジウムは小惑星に多いことが知られている。また、メキシコのユカタン半島に巨大なクレーターがあり（クレーター直径は100km以上）、この時代の隕石衝突によるものだろうと考えられている。ここに衝突した隕石の直径は10kmだろうと計算されている。
大きな隕石の衝突により、粉塵などが舞い上がり、太陽光がさえぎられて、植物の光合成が低下し、
そのため、植物の衰退および、食物連鎖で繋がっている動物が死亡し、動植物が大量絶滅した、などという説が考えられている。
中生代の末期ごろ、恐竜類は絶滅し、アンモナイトも絶滅した。なお、恐竜の色素は化石としては残りづらく、そのため恐竜の表皮などの色は不明である。
（※ 未記述）
新生代に入り、哺乳類が繁栄し始め、また哺乳類は多様化していった。
ヒトは哺乳類の一種の霊長類（れいちょうるい、別名：サル類）である。霊長類が出現したのは、新生代に入ってからである。
霊長類でヒトに、遺伝子が、もっとも近いヒト以外の動物は、チンパンジーであり、DNAの塩基配列の違いが1.2%程度である。
霊長類に含まれる動物はゴリラやチンパンジーだけでなく、キツネザルやテナガザルなども霊長類である。
霊長類の祖先は、現在でいうツバイに似た食虫類だと考えられている。
このような食虫類が進化して、現在でいうキツネザルに似た霊長類が出現した。
霊長類は、樹上で生活するように進化していった。霊長類は目が顔面の前のほうに集中しており、そのため立体視ができる。この立体視は樹上での素早い移動のために獲得された特徴だと考えられている。また、手は、親指が他の指と向かい合っており（ぼ指対向性、「ぼしたいこうせい」）、指の爪は鉤爪（かぎづめ）ではなく平爪（ひらづめ）になっているので、枝をつかみやすい。
新生代の第三期に、ゴリラ、チンパンジー、オランウータン、テナガザル、ボノボなどの類人猿（るいじんえん）の祖先が出現した。
古い地質時代に繁栄していた生物の子孫で、現在でも、その個体の体の特徴が、古い地質時代の体の特徴と、あまり変わっていない生物を 生きている化石という。
植物では、イチョウやソテツやメタセコイアが、「生きている化石」の具体例である。イチョウは裸子植物だが、精子をつくる。（シダ植物は精子をつくる。）
動物では、カモノハシやシーラカンスやカブトガニが、「生きている化石」の具体例である。
オーストラリアに生息するカモノハシ（英：platypus）は、子を母乳で育てるのでホニュウ類だが、卵生であり、くちばしを持っている。このため、カモノハシは、ハチュウ類から哺乳類への進化の間の特徴であると考えられている。
またカモノハシは体が毛におおわれている。このことからも、ハ虫類と哺乳類との近縁関係が、うかがえる。
シーラカンスは魚類の一種である。胸びれ（むなびれ）の内部にある骨のつくりが、両生類の前足に当たると考えられている。
人類はアフリカ大陸で誕生した。人類と類人猿の違いとして、人類は直立二足歩行（ちょくりつにそくほこう）が可能である。
最初の人類は 猿人（えんじん） である。アフリカで440万年以上前の地層（ちそう）からラミダス猿人（アルディピテクス・ラミダス）の化石が発見されている。猿人は二本足で立って歩ける直立二足歩行（ちょくりつにそくほこう）が可能だった。
二足歩行ができるようになった結果、手で使う道具が発達していき、それにともなって知能も発達していったと考えられている。
また、東アフリカの300万年ほど前の地層からアウストラロピテクス類 の足跡化石が見つかっており、直立二足歩行をしていたことが分かっている。アウストラロピテクスの脳容積は500mLであり、現生人類の半分以下である。なお、現生人類の脳容積は約1500mLである。
ラミダス猿人やアウストラロピテクス類をまとめて、猿人といい、初期の人類と見なしている。また、これら猿人の化石がアフリカからのみ見つかっていることから、人類はアフリカで誕生したと考えられている。
なお、猿人は石を打ち砕いてつくった打製石器（だせいせっき）を使っていた。打製石器は旧石器（きゅうせっき）とも呼ばれる。このような打製石器までしか使っていない時代を旧石器時代（きゅうせっき じだい）という。
その後の100万年〜200万年後の時代の間に、人類はアフリカから出て、各地に散らばっていった。
今から200万年ほど前に 原人（げんじん、hominid） があらわれた。
中国大陸の中国の北京（ペキン）の近くの周口店（しゅうこうてん）からは、 北京原人（ペキンげんじん、シナントロプス=ペキネンシス） のあとが発見されている。
原人の脳容積は約1000mLであり、猿人と現生人類の中間である。
北京原人は火を使用していたことが分かっている。
インドネシアのジャワ島からはジャワ原人のあとが発見されている。
ドイツからはハイデルベルグ人が発見されている。
原人は、言葉を話せた。
石器は、打製石器を使っている。旧石器時代にふくまれる。
旧人のうちの一種の ネアンデルタール人（ホモ・ネアンデルターレンシス） の化石が、ドイツのネアンデルタールから発見されている。ネアンデルタール人は、約3万年前に絶滅した。ネアンデルタール人の脳容積は、現生人類とほぼ同じである。（ネアンデルタール人の脳容積は約1500mL）
私達、現在の人間の直接の祖先である 新人（しんじん） が、4万年前には、あらわれていた。
新人を、現生人類（げんせいじんるい）とも言い、また、 ホモ=サピエンス（Homo sapiens） とも言う。ホモ・サピエンスの最古の化石がアフリカのエチオピアで見つかっていることから、現生人類はアフリカで誕生したと考えられている。また、ミトコンドリアのDNAの解析も、アフリカで現生人類が誕生したことと一致している。
人類は約10万年前にアフリカ大陸を出て、世界中に散らばった。
新課程・現過程「生物」の進化の証拠を見てください。
交配して生殖可能な集団に存在する遺伝子全体の集合を遺伝子プールという。
ある遺伝形質について、対立形質のそれぞれの遺伝子の割合を遺伝子頻度（いでんし ひんど、gene frequency）という。
たとえば、白黒の碁石が50個ずつ計100個の入った不透明の袋から、中を見ないで10個の石を取り出した場合、たまたま白6個で黒4個だったり、あるいは白3個で黒7個だったりする場合もあり、必ずしも白5個かつ黒5個とは限らない。もちろん、たまたま白5個かつ黒5個を取り出す場合もある。
遺伝子の進化でも、子供の世代での、ある遺伝子の頻度が、親の世代とは同じとは限らない。子供の世代で、たまたまある遺伝子の頻度が増える場合もあれば、減る場合もある。
仮に先ほど、白6個で黒4個を取り出したとしよう。
次に、先ほどの結果を反映して、今度は白石60個と黒石40個を用意したとして、それを不透明の袋に入れたとしよう。そして、中を見ないで、石を10個だけ取り出したとしよう。
結果で、たまたま白7個で黒3個の場合もあれば、たまたま白6個で黒4個と先ほどと同じ場合もあれば、たまたま白5個で黒5個という場合もある。
このように、自然選択や突然変異などの生物的な過程が起きて無くても、偶然という確率的な過程によって遺伝子頻度は変動していく。このような遺伝子頻度の偶然による変化の現象を遺伝子浮動（いでんし ふどう、genetic drift）という。
ある集団で交配が自由に行われる場合、単純計算では、遺伝子頻度は変化しないことになる。（だが実際は、仮定どおりにいかないので遺伝子頻度は変化する。）
単純計算では、つぎのような計算が成り立ち、なので遺伝子頻度は変化しない。
まず、ある個体群の集団で、対立遺伝子Aとaの頻度を、それぞれAの頻度はpとして、aの頻度はqとする。（p+q=1）
次世代の遺伝子型はAA、Aa、aaの三種類である。
それぞれの遺伝子型の頻度は、

(
p
A
+
q
a
)
2

=
P
2

A
A
+
2
p
q
A
a
+
q
2

a

{\displaystyle (pA+qa)^{2}=P^{2}AA+2pqAa+q^{2}a}
の展開式より、AAはp2であり、Aaの頻度は2pqであり、aaの頻度はq2である。
この世代のA遺伝子の頻度は、

2
p
2

+
2
p
q
=
2
p
(
p
+
q
)
=
2
p

{\displaystyle 2p^{2}+2pq=2p(p+q)=2p}
 である。（2p2の係数の2の理由は、AAではAが2文字あるから。）
同様に、この世代のa遺伝子の頻度は、

2
p
q
+
2
q

=
2
(
p
+
q
)
q
=
2
q

{\displaystyle 2pq+2^{q}=2(p+q)q=2q}
  となる。
Aとaの遺伝子頻度の比は、A：a ＝ 2p：2q ＝ p：q となり、親の世代と同じにA：a＝p：qになる。
よって、このような集団では、遺伝子頻度は、その後の世代でも同じである。これをハーディ・ワインベルグの法則（Hardy-Weinberg principle）という。
この法則の前提として、
という前提がある。
個体数が少ないと、ハーディ・ワインベルグの法則が成り立たない。では、個体数がが少なくなると、遺伝子頻度はどうなるかを、具体的に考えてみよう。たとえば、親の世代の遺伝子頻度が A：a＝p：q であっても、子供の数が少なくて、たったの4個体しかない場合、
子供の形質が仮に全員aaという場合も起こりうる。（計算の都合上、子世代の男女比は無視する。無性生殖の場合を考えると計算が簡単である。）　この場合、子供の世代以降は A：a＝0：1 となり、親の世代とは遺伝子頻度が変わる。
このように、個体数が小さくなると、遺伝子頻度が変わりやすくなる現象をびん首効果という。
そして、いったん遺伝子頻度が変わると、今度はその遺伝子頻度が受け継がれていく。
先ほどの例では、極端な例としてA遺伝子が失われる場合を挙げたが、べつにA遺伝子が失われなくても個体数が少数の世代のときに遺伝子頻度が変わってしまえば、以降の世代では、その頻度が受け継がれていく。
いろいろな生物種のヘモグロビンのα鎖のアミノ酸配列を調べてみると、生物種に関わらず、生物種どうしのアミノ酸配列の違いが、その2種の生物が進化的に分かれてからの時間に比例して増えていくことが分かった。そして生物種に関わらず、この配列の変化速度が、ほぼ一定だということが分かった。同様に、他のタンパク質のアミノ酸配列でも、DNAの塩基配列でも、変化速度が一定だということが分かった。
このような、遺伝される配列の変化の速度を分子時計（ぶんしどけい、molecular clock）という。
分子時計は、種間の類縁関係を測定する手段の一つとして用いられる。
また、DNAやタンパク質の変化など分子レベルでの進化を分子進化（ぶんし しんか、molecular evolution）という。
遺伝子の種類によって、分子進化の起こりやすさは違う。その遺伝子が少しでも変化してしまうと生存に不利な遺伝子の場合、分子進化は遅い。
DNAのある箇所の塩基配列が突然変異したとしても、発現されるアミノ酸が変わらない場合もある。（コドンやイントロンなどを参照せよ）
このような場合、そのDNAの変化は、生存に有利でも不利でもないのが普通である。
このような、生存に有利でも不利でもない形質も、遺伝によって受け継がれていく。このような有利でも不利でも形質は、自然選択（いわゆる「自然淘汰」のこと）を受けない。進化では、このような場合が大多数であるという説を中立説といい、木村資生（もとお）などが分子的な解析にもとづいて提唱した。また、このような、自然選択に掛からないで起こる進化を中立進化（ちゅうりつしんか、neutral evolution）という。
塩基配列などの分子レベルの変化（つまり分子進化）で中立進化が多く見られるが、表現型でも中立進化は起こる場合もある。
ダーウィン（Darwin）は若手のころ、イギリスの軍艦ビーグル号に同乗して、世界一周の航海をしており、南米に立ち寄ったとき、ガラパゴス諸島で生物の研究をした。このガラパゴス諸島で、ダーウィンはトリの形質が、島ごとに形質が違うのに注目した。また、トリ以外も調査した。
同じころ、イギリス人のウォレスもマレー諸島で同じような研究をしており、そこでダーウィンの帰国後、二人は共同研究をして、その結果をもとに『種の起源』を1859年に出版した。進化の原因として、彼らは自然選択（自然淘汰）説などを考えた。
ド フリースは、同じ環境でオオマツヨイグサを栽培しても、突然変異体が現れることを発見した。また、それらの突然変異体の交雑実験をして、突然変異(mutation [1])の形質は遺伝することを明らかにした。これらの結果をもとに、突然変異が進化の主な原因であるという突然変異説を唱えた。（1902年）
ある場所に済んでいた集団が、生息地の中に、地殻変動などで移動不可能になる地理的な障壁ができて二分されると、その二箇所の往来が出来なくなる。このような環境を地理的隔離（ちりてき かくり）という。
こうなると、その二箇所のそれぞれに住んでいる生物で、飛行できない生物は、交配をする機会が無くなり、よって、別々に進化をしていくことになる。やがて、二地域の、その生物の遺伝的な差が大きくなっていくと、ふたたび出会っても、もはや交配できなくなる。これを生殖的隔離（せいしょく かくり）という。
このようにして、新たな種が生じていくと考えられる。このようにして、新たな種が生じていくことを種分化（しゅぶんか）という。ダーウィンの観察した、南米ダーウィン諸島で野鳥のフィンチが島ごとに違っている事例は、地理的隔離による種分化の典型的な例である。
地理的隔離をしていなくても、同じ場所に住んでいても生殖隔離をする場合もある。ある種の一部に繁殖時期が変化する突然変化がおきれば、その二種は生殖する機会が無くなり、種分化をしていく。
種分化に至らない小規模な進化を小進化（しょうしんか、micro evolution）という。一方、種分化にいたるほどの大きな進化を大進化（だいしんか、macro evolution）という。
近代19世紀のイギリスの工業地帯（マンチェスターなど）で、ガの一種のオオシモフリエダシャクで、体色が黒っぽく変化した個体が増えるという現象が起きた。
オオシモフリエダシャクの体表の色には二型があって、白っぽい明色型と、黒っぽい暗色型がいた。
イギリスでは木の幹に白っぽい地衣類が生えており、白型白っぽい明色型のオオシモフリエダシャクの白色は保護色になっていたので、捕食者の鳥などに見つかりにくかった。
工業化の進む前の時代は明色型のほうが多く、暗色型の個体数は、明暗全体の1%程度であった。
しかし、工業により大気汚染が進んだことで、白い地衣類が減ったり、また大気汚染の黒煙などにより、黒色のほうが目立たなくなった。このため暗色型が増えた。リバプールでは、暗色型は90%を超えるほどになった。
この現象を工業暗化（こうぎょう あんか、industrial melanism）という。オオシモフリエダシャクの工業暗化は、小進化の例でもある。
現在では大気汚染への規制や対策が進み、その結果、暗色型の個体数は減っており、地域にもよるが、暗色型の個体数は、明暗全体の個体数のうちの10％～20％程度である。


たとえばヒトは、動物界・セキツイ動物門・哺乳綱・霊長目・ヒト科・ヒト属・ヒト である。
イヌは、動物界・セキツイ動物門・哺乳綱・食肉目・イヌ科・イヌ属・イヌ である。
このように、属（ぞく、genus）・科（か、family）・目（もく、order）・綱（こう、class）・門（もん、divisio）・界（かい、kingdom）　という階層に分類される。
ある生物の種（しゅ）の名前には、世界共通の学名がある。学名のつけかたには、二名法（にめいほう、binominal）という命名法にもとづく国際規約が定められている。
たとえばヒトの学名は Homo sapiens 。 このように、二名法では２単語のラテン語で表す。最初の Homo は属名(ぞくめい、genus)。 sapiens が種小名（しゅしょうめい、species epithet）である。このように二名法では、属名と種小名を併記する。このようなな命名法を、18世紀の中ごろにカール・フォン・リンネが確立した。
いっぽう、ヒト や イヌ や ネコ などと言った、ある種について、日本で一般的に使われる呼び名は、和名（わめい）である。
かつて生物の分類で「界」というのが、よく使われ、「二界説」や「五界説」などが使われていたが、1977年代ごろからリボソ－ムRNAなどの研究が進み、やがて、それらRNAなどの研究の知見を反映した「ドメイン」という分類が生物の分類に使われるようになった。
植物界と動物界の2つに分ける。昔からある分類法。
単細胞生物からなる原生生物界（げんせい せいぶつかい）を加えて、植物界と原生生物界と動物界の3つに分ける。ヘッケルが提唱した。また、へッケルは生物の分類を、樹木形であらわす系統樹（けいとうじゅ、phylogenetic tree）として表現した。
全ての生物は真核生物と原核生物とに分類される。この知見を生物の分類に反映して、五界説などが提唱された。
五界説は、つぎの5つの界からなる。
この5つの界からなる。
ホイタッカーやマーグリスによって提唱された。
原生生物界は、他の界に入らなかった系統の寄せ集めである。
食物連鎖の観点から見ると、植物界・動物界・菌界は、それぞれ、植物＝生産者、動物＝消費者、菌＝分解者というふうに理解できる。
リボソームRNAの構造をもとにした分類が、カール・ウーズにより1977年代後半に提唱された（六界説）。
そして、この分類のためウーズは、ドメインという分類を提唱し、すべての生物は 細菌ドメイン または 古細菌ドメイン または 真核生物ドメイン の3つのグループのうちの、いずれかのグループに属すると1990年に提唱した（3ドメイン説）。
ドメインは界より上位の分類である。
遺伝子などの解析結果から、古細菌は、細菌よりも真核生物に近いことが分かっている。
五界説における原生生物界、菌界、植物界、動物界の４つの界は、真核生物ドメインに属する。
なお大腸菌もネンジュモも、単細胞の原核生物である。現在では、「細菌」の分類の条件として、原核生物であることを要求するのが一般的である。
シアノバクテリアは光合成を行える。なのでシアノバクテリアをついつい植物に分類しがちであるが、しかし上述のような理由からシアノバクテリアは細菌に分類する場合が多い。
（光合成などを行う）独立栄養生物であるかどうかは、「細菌ではない」かどうかは無関係である。もし、シアノバクテリアは「光合成を行うので独立栄養生物である」という理由で、仮に「細菌でない」（仮）と仮定すると、硝酸菌の硝酸からのエネルギー摂取の行為も独立栄養生物の行為なので、硝酸菌が「細菌ではない」（仮）になってしまい、不合理である。
また、「細菌は原核生物」とする前提をもとにすると、酵母菌は単細胞であるが真核生物なので、「細菌」でないことになる。（※ 教科書では特に明記されてないが、センター試験で出題された。）そのため酵母菌は、カビやキノコ（ともに真核生物）の仲間であると考えられている。
「菌」であるかどうかは、原核生物とは無関係。たとえばキノコなどは「子のう菌」（しのうきん）に分類される。（※ 詳しくは、後述する。）
胚に、内胚葉（endoderm）、中胚葉（mesoderm）、外胚葉（ectoderm）というふうに、3つの胚葉がある動物を三胚葉性という。
いっぽう、外胚葉と内胚葉というふうに2種類の胚葉しかない動物を二胚葉性といい、クラゲやサンゴやカイメンなどが二胚葉性である。
海綿動物と刺胞動物は二胚葉性の動物である。
クラゲは刺胞動物門であり、クラゲの胚は、中胚葉を持たない。
海綿動物と刺胞動物を除く、他の多くの動物は三胚葉性である。
三胚葉性の動物のうち、原口（げんこう、blastopore）が口になるのが旧口動物（きゅうこう どうぶつ,protostomes）。原口または、その付近が、肛門（こうもん、anus）になるのが新口動物（しんこう どうぶつ,deuterostomes）。
脊椎動物は新口動物である。ヒトデ、ウニは新口動物。
旧口動物はゴカイ、プラナリア、イカ、昆虫、エビなど。
カイメンは、胚葉が分化しない、無胚葉性の動物である。カイメンには、組織・器官の分化が無い。
カイメンには神経が無い。
体内の体壁に、多くの えり細胞 が存在し、体内に取り入れた水とともに、プランクトンをこしとって食べる。
えり細胞には、1本の べん毛 がある。このべん毛の動きで水流を作り、体内に水を取り入れている。
カイメンの えり細胞 が、原生生物の えりべん毛虫 に似ているので、えりべん毛虫から進化してカイメンが出来たと考える研究者が多い。
カイメンは、海綿動物である。
クラゲやヒドラやイソギンチャクなどが、刺胞動物。
形状は、放射相称である。
動物食性である。接触したものを、刺胞（しほう）で刺し、捕食する。
肛門が無い。排泄物は、口から排出する。
触手には刺胞（しほう）という細胞小器官があり、これを外敵などに刺して、外敵から身を守ったり、食物を捕食したりする。
神経が分化しており、散在神経系である。
扁形動物（へんけいどうぶつ）、環形動物、輪形動物、軟体動物をまとめて、冠輪動物（かんりんどうぶつ）という。
近年の分子データの解析から、これら冠輪動物どうしは、比較的、近縁であることが分かってる。
扁形動物（へんけいどうぶつ）、環形動物、輪形動物、軟体動物は、旧口動物である。
プラナリアなどが扁形動物。
体腔を持たない。頭部に脳や眼を持つ。呼吸器や循環器を欠く。肛門が無い。口は体の中央にあり、腹部のあたりに口がある。
プラナリアは淡水中で生活する。
ミミズやゴカイやヒルが環形動物。
多数の体節を持つ。太い2本の神経を持つ、はしご形神経系。
発生の過程で、トロコフェア幼生の時期を持つ。
イカやタコなどの頭足類や、貝などが軟体動物。
外とう膜という、内臓を保護する膜を持つ。殻は外骨格であり、外とう膜から分泌されたカルシウムなどによって、殻が作られている。
貝殻は炭酸カルシウムなどの石灰質。
発生の過程で、トロコフェア幼生の時期を持つ。
なお、イカやタコなどの頭足類は、体の中央の眼がある部分が頭部である。つまり、頭部から足が生えている。（だから、「頭足類」と呼ぶ。）　頭足類を、足を下にした向きで見た場合、頭足類の体の上端のほうの、ふくらんでいる部分は、胴であり、頭部ではない。頭足類の上部のほうのふくらんだ部分は胴なので、中には内臓がつまっている。
線形動物と節足動物をまとめて、脱皮動物（だっぴどうぶつ）という。
近年の分子データの解析から、これら脱皮動物どうしは、比較的、近縁であることが分かってる。
線形動物と節足動物は、旧口動物である。
エビやカニなどの甲殻類。昆虫類。クモなど。
動物の中で、最も種類の多いのが、節足動物である。
体表の殻は、キチン質からなる外骨格。
体節からなる。神経系は、はしご形神経系。
成長の過程で脱皮（だっぴ）を行う。
排出器は、甲殻類は、腎管が排出器。
甲殻類以外は、マルピーギ管という器官が排出器。
センチュウなどが線形動物。
クチクラに被われている。脱皮する。
キョク皮動物（きょくひどうぶつ、棘皮動物）、原索動物、脊椎動物が、新口動物である。
ヒトデ、ウニは新口動物。
ヒトデやウニ、ナマコが、キョク皮動物。
水管系を持つ。この水管系が、呼吸器や循環器として働いている。運動は管足（かんそく）で行う。管足は、水管系と、つながっている。
原索動物には、ナメクジウオやホヤなどがある。
発生の段階で、脊索（せきさく）を持つ。ナメクジウオは、終生、脊索を持つ。ホヤの場合は、幼生のときには脊索を持つが、成体になると脊索が退化する。
環状神経系を持つ。
ホヤの幼生は、オタマジャクシのような形をしており、名前も「オタマジャクシ幼生」という。
脊椎動物では脊索は退化し、脊椎が出来る。
植物の外表面はクチクラ層で覆われている。
光合成色素（photosynthetic pigment）として、クロロフィルaとクロロフィルbを持つ。
種子植物・コケ植物・シダ植物がある。
シダ植物と種子植物には、維管束（いかんそく）がある。
コケ植物とシダ植物は、胞子で繁殖する。種子植物は、種子で繁殖する。
胞子で繁殖する。光合成をしない。維管束を持たない。ゼニゴケ、ツノゴケ、スギゴケなどが、コケ植物。
普通に見かける植物体は配偶体（核相：n）である。
胞子は、受精せず、発芽して、株の形状である配偶体になる。
胞子には、雄になる胞子と、雌になる胞子とが、別々にある。このように、雄と雌とは、株が異なるのが、普通。それぞれ雄株または雌株という。
普通は、コケ植物には、根・茎・葉の区別が無い。
雄株の造精器で精子が作られる。雌株の造卵器で卵が作られる。
胞子で繁殖する維管束植物である。
普通に見かける植物体は胞子体（核相：2n）である。減数分裂によって、胞子が生じる。
胞子体には根・茎・葉の区別があり、維管束がある。
胞子は発芽して、前葉体という配偶体（n）になる。配偶体には、維管束は無い。前葉体が成熟すると、造精器または造卵器が生じる。造精器で精子（n）が作られる。精子が、雨の日などに、水を伝わって泳いで、造卵器の内部にある卵細胞（n）に到達すれば、受精して、受精卵（2n）となる。
この受精卵から、胚発生と体細胞分裂によって、胞子体が発生する。
種子植物のうち、イチョウやマツなどは、子房が無く、胚珠がむきだしなので、裸子植物（らし しょくぶつ）という。
いっぽう、胚珠が子房の中にあるのを被子植物（ひし しょくぶつ）という。
菌糸（きんし）という糸状の構造が、多数、組み合わさって、体が出来ている。
光合成の能力が無い。光合成色素を持たない。
細胞壁の主成分は、多糖類の一種であるキチン。
胞子で繁殖。
種類は、接合菌類、子のう菌類、担子菌類、がある。
クモノスカビやハエカビなどが、接合菌類である。
無性生殖が通常だが、有性生殖も行う。
有性生殖では、菌糸が接合して接合胞子を作る。
アカパンカビ、アオカビなどが、子のう菌類 である。
マツタケ、シイタケなどが、担子菌類 である。
子実体（しじつたい）

真核生物のうち、植物界・菌界・動物界には、属さないものを、原生生物（げんせい せいぶつ）という。単細胞のものもあれば、多細胞のものもある。
アメーバやゾウリムシなどの単細胞生物。ミドリムシも原生動物である。ミドリムシは、葉緑体を持ち、光合成を行う。
べん毛や仮足、繊毛などで運動を行う生物が多い。
ミドリムシは、べん毛で運動する。（ミドリムシを原生動物ではなく藻類に分類する場合もある。その場合、ミドリムシはケイ藻類またはミドリムシ類に分類される。）
ムラサキホコリなどの真性粘菌類、およびキイロタマホコリなどの細胞性粘菌などが、変形菌類。
ケイ藻類など。光合成を行う、独立栄養生物である。水中で生活する。
光合成色素に、クロロフィルaが必ず含まれている。
ミドリムシを藻類に分類する場合もある。（ミドリムシは、藻類のうちのケイ藻類に分類される場合もあれば、藻類のうちのミドリムシ類という独立した類に入れる場合もある。）
藻類には、ケイ藻類、緑藻類、紅藻類、褐藻類、シャジクモ類などがある。
ケイ藻類と褐藻類とは、同じ光合成色素を持つ。
ケイ酸の殻を持つ。
クロロフィルaとクロロフィルcを持つ。（ケイ藻類と褐藻類とは、同じ光合成色素）
ミドリムシが、ケイ藻類に分類される場合もある。
アオサやアオノリなど。クラミドモナスやクロレラなどは単細胞生物であるが、緑藻類。
ボルボックスは細胞群体であるが、緑藻類。
緑藻類は、クロロフィルaとクロロフィルbを持つ。
シャジクモ類を、緑藻類に含める場合もある。
アサクサノリやテングサ。
クロロフィルaを持つ。
コンブやワカメなど。
コロロフィルaとクロロフィルcを持つ。
光合成色素の違いは、届く波長の違いであり、水深の違いが原因。浅い海にいるのは、緑藻類であり、赤色光を光合成に利用している。深い海にいるのは、紅藻類であり、緑色光を利用している。
中間の深さの海にいるのが、褐藻類であり、青色光を利用している
植物は、クロロフィルaとbを持ち、これは緑藻類の光合成色素と同じである。
したがって植物は、緑藻類から進化してきた、と考えられている。シャジクモ類と陸上植物で、細胞分裂の様式が似ていることから、近縁だと考えられている。
陸上植物の進化は、緑藻類を祖先として、シャジクモ類を経て、陸上植物が進化してきた、と考えられている。


ある場所に生育してる植物の集まりを植生（しょくせい）または植物群落（しょくぶつ ぐんらく）または植物群集（しょくぶつ ぐんしゅう）という。
植物のうち、一年以内に枯れる植物を一年生植物（いちねんせい しょくぶつ）という。
一年を越えて生育する植物を多年生植物（たねんせい しょくぶつ）という。
森林の見た目を相観（そうかん）という。
ある地域が森林で覆われているとき、その森林のそれぞれの木の頂上部付近の集まりを林冠（りんかん）という。森林で被われると、その木の下の生物には日当たりが減るので、林冠は、その場所の植生に大きな影響を与える。また、森林外から人間が観察している場合、林冠の植物が目立つので、相観には林冠が大きな影響を与える。
いっぽう、森林がある場所において、草木やコケ植物、キノコなど、地表に近い部分の植物をまとめて林床（りんしょう）という。林床の草木は、日当たりが悪いため、ふつうの林床は陰生植物である。
植物の生育により、環境が変わっていく。たとえば背丈の高い木が生えれば、その下の植物の環境では日当たりが減る。このように、植物の生育によって環境が変わっていくことを遷移（せんい、succession）という。
つまり、植生は遷移していく。
たとえば、ある陸上の地域で火山が噴火し、森林に溶岩が流れ込むなどして、森林が焼き払われたとする。そして、時間が経過し、溶岩が常温まで冷めたとする。
その地域には、まだ森林が育つような土壌が出来上がって無いので、森林は育たない。また、植物の根や種子も、溶岩で焼き払われており、存在していない。植物が育つのに必要な窒素分などの栄養分も、少ない。保水力も少ない。
その焼かれて冷めたあとの地域には、まずコケ類や地衣類などが、その地域に入り込み、遷移が始まる。このように、植物が生育していなかった場所から始まる遷移を一次遷移（いちじ せんい、primary succession）という。
また、このように初期の遷移で、その地域に入りこむ植物種を先駆種（せんくしゅ）という。あるいは、先駆種のことをパイオニアともいう。
ある遷移が、陸上で起きた遷移なら、乾性遷移（かんせい せんい、xerarch succession）という。いっぽう、湖沼などの水辺で起きる遷移を湿性遷移（しっせい せんい、hydrarch succession）という。
先ほど例にあげた、溶岩が流れたあとの遷移は、乾性遷移（かんせい せんい）である。
乾性遷移での一次遷移は、普通、コケ類・地衣類の侵入から始まり、続いて同じ場所に草木が侵入し、そのあと、同じ場所に木が侵入する。
木には、日当たりの良い場所で育ちやすい陽樹と、日当たりの悪い場所でも育ちやすい陰樹がある。一次遷移で草が生えてた場所に、始めて木が侵入していく場合、最初に侵入する木の種類は、陽樹である場合が、普通である。
しかし、その陽樹がつくる陽樹の子は、日当たりが悪いので、育ちにくい。いっぽう、陰樹は、日当たりが悪くても育つので、陰樹の子は育つ。なので、やがて森林は陰樹に変わっていく。
日なたで成長しやすい植物を陽性植物（ようせいしょくぶつ、sun plant)という。アカマツ・クロマツ・ソラマメ・ススキ・カラマツ・カタクリ・トマトなどが陽性植物である。
森林内などの日かげで成長しやすい植物を陰性植物（いんせいしょくぶつ、shade plant）という。ブナ・シイ・カシ・ドクダミ・カタバミ・モミ・アオキやシダ・コケ植物などが陰性植物である。
光合成速度と光について、補償点や光飽和点は図のようになる。
陽性植物は光飽和点が高い。
一般に、光の弱い状態では、陰性植物のほうが光合成速度が大きい。このため、日かげでも陰性植物は生活できる。いっぽう、光の強い状態では、陽性植物のほうが光合成速度が大きい。
同じ一本の木の中でも、日当たりの良い場所でつく葉と、日当たりの悪い場所でつく葉で、特性が異なる場合がある。ブナ・ヤツデなどが、そのような植物である。
日当たりの良い場所につく葉を陽葉（ようよう, sun leaf）といい、陽性植物と同じような補償点や光飽和点は高いという特性を現す。いっぽう、日当たりの悪い場所につく葉を陰葉（いんよう, shade leaf）といい、陰性植物と同じように補償点や光飽和点は低いという特性を現す。
陽性植物の樹木を陽樹（ようじゅ）といい、陽樹からなる森林を陽樹林（ようじゅりん）という。アカマツなどが陽樹である。陰性植物の樹木を陰樹（いんじゅ）といい、陰樹からなる森林を陰樹林（いんじゅりん）という。モミなどが陰樹である。
樹木は、草など背丈の低い植物への日当たりをさえぎるので、地表ちかくでは陰性植物が育ちやすくなり、また、日当たりが悪いので地表ちかくでは陽性植物が育たなくなる。
森林が陽樹林の場合、新たな陽樹は芽生えなくなるが、新たな陰樹は芽生えることが出切る。このような仕組みのため、森林は、陽樹から陰樹へと移っていくことが多い。
いったん森林が陰樹林になると、災害や森林伐採などが起きない限り、普通は、もう、あまり、それからは遷移しない。
ある植生が、さまざまな遷移を経過した結果、もうほとんど変わらない状態になり、安定的な状態になる。この最終的な植物群の状態が極相（きょくそう）である。極相のことをクライマックス(climax)ともいう。日本の場合、たいていの森林では、陰樹林が極相である。
森林が極相の場合、その極相の森林を、極相林（きょくそうりん）という。
山火事や地滑りや台風などで、森林で一部の木が破壊されると、その破壊されて倒れたりした木の部分での植生の競争の安定が崩れ、その破壊された木の付近の場所は草原などに戻る。倒れた木のあった場所では、今まで覆っていた木が無くなったため、光が差し込むようになり、日当たりが増す。このような、森林内部の日当たりの良い場所をギャップという。
このようなギャップの場所では（森林内の日当たりの良い場所では）、陽生の植物が成長できるので、新たに遷移していく。これを二次遷移（にじ せんい、secondary succession）という。二次遷移では、土壌がすでに形成されているため、一時遷移と比べて遷移が速く進行する。
二次遷移が起きるのは、けっして地滑りや台風による倒木などの自然災害だけでなく、人間が森林伐採をした場合にも二次遷移は起きる。
また、湖沼でも遷移は起きる。湖沼など水場で起きる遷移を湿性遷移（しっせい せんい、hydrarch succession）という。いっぽう、陸上での遷移を乾性遷移という。
まず、水深によって、湖沼での遷移は変わる。あまりにも水深が深すぎると、日光が水底に届かないため、水草は生えにくい。
そこそこの深さの湖沼だと、水底に日光が届くため、水底には水草が生えている。
まず、クロモは、全身が水中にあっても育つので、初期の遷移ではクロモなどの全身が水中でも育てる植物が生えていく。クロモなどのように、全身が水中でも育てる植物を、沈水植物（ちんすい しょくぶつ）という。クロモやマツモが沈水植物である。
スイレンは、根が水底の地中にあるので、そこそこ浅くないとスイレンは育たない。
スイレンやヒシなどの、葉が水面にあり、根が地中にある植物のことを浮葉植物（ふよう しょくぶつ）という。
湖沼には、付近の土砂が堆積していくのが普通なので、だんだん水深が浅くなっていく。浅くなってくると、スイレンなどの浮葉植物でも、湖沼に侵入できるようになる。
さらに堆積が進行し推進が浅くなってくると、今度はヨシなどの抽水植物（ちゅうすいしょくぶつ）が侵入してくる。
ヨシは、全身の大部分は水上にあるが、根は水中にある。ヨシのような、全身の大部分は水上にあるが、根は水中にある 植物を抽水植物（ちゅうすい しょくぶつ）という。
こうして、沈水植物　→　浮葉植物　→　抽水植物　というふうに、湿性遷移が進んでいくのが普通である、
水深がさらに浅くなると湿原（しつげん）になる。
冒頭の植物のバイオームと気温、降水量のグラフを分析しよう。
まず、森林が形成されるには、あるていどの降水量が必要である。じっさいにグラフを見ると、確かに、降水量の多いほど、樹林が形成されている。
降水量が少ないと、森林が維持できなくなり、草原になっていく。さらに降水量が少ないと、砂漠などになっていく。
たとえば草原には、サバンナとステップがある。
サバンナとステップの気候は、一見するとぜんぜん違う気候だが、じつは気温が違うだけで、降水量は同じくらいなのである。
サバンナは、熱帯の中にある乾燥地域に見られ、サバンナの草の種類は、イネの仲間の植物を主体としている。
ステップは、温帯の中にある乾燥地域に見られ、ステップの草の種類も、イネの仲間の植物を主体としている。
アフリカのサバンナでは、シマウマなどの大型の草食動物が住む。また、その草食動物を捕食する、ライオンなどの肉食動物も、アフリカのサバンナには住む。サバンナというとアフリカが有名だが、オーストラリアや南アメリカなどにもサバンナはある。
サバンナには、乾季があるのが普通である。乾季のあいだ、草食動物は、水場や食料などを求めて、集団で大移動する。
アフリカに限らず、サバンナには草食動物が住みつき、その草食動物を捕食する肉食動物も住みつく。
いっぽう、気温がほぼ同じ地域を見てみると、たとえば年平均20℃〜30℃の地域は、熱帯多雨林、雨緑樹林、サバンナが、気温が同じ気候である。これらの植生を分けるのは、たんに降水量の多少なのである。
砂漠は、地域によって、温度の差が、とても広い。日本人はついつい「砂漠」と聞くと、熱い地域を想像してしまいがちなので、気をつけよう。砂漠では、サボテンのような、乾燥に適応した植物が、まばらに生育する。
なお、グラフには無いが、土壌や水質などによっても、植生は異なる。たとえば海水の多い地域では、海水の耐性のある植物が分布する。
またなお、グラフでの各植生の各領域の温度範囲や降水量範囲の広さや値は、教科書ごとに若干、異なる。なので、あまり細かな数値を覚えても無価値である。
熱帯・亜熱帯の気候の地域に、分布している。
高木（こうぼく）が多い。30m〜60mの高木もある。林内は暗い。
また、つる植物も多い。
東南アジアや南アメリカ大陸などで、このような熱帯多雨林が見られる。
海岸や河口付近では、海水にも耐性のあるマングローブ林などが分布し、マングローブであるヒルギ類などが分布する。
日本では、九州地方南端から沖縄地方、小笠原地方に、亜熱帯多雨林が見られる。
熱帯・亜熱帯の地域のうち、雨季と乾季のある地域に、雨緑樹林が分布する。
乾季に落葉するチークなどが見られる。
温帯地方では、硬葉樹林、照葉樹林、夏緑樹林が分布する。
地中海沿岸の、温帯のなかでも冬に雨が多く、夏に雨が少ない地中海性気候の地域で見られる。
夏の乾燥に耐えるため、葉が小さく、クチクラ層が厚く、一年中、葉をつける、オリーブやコルクガシなどが見られる。
日本では、関東から四国、九州地方までの低地に分布する。スダジイやアラカシなどが生育する。
温帯の中でも、比較的寒冷な地域に分布し、ブナ、ミズナラ、カエデ類などが見られる。
冬に落葉する。秋に紅葉する。
日本では、北海道南部の低地、東北地方に分布する。
シベリア、スカンジナビア半島、アラスカなどで亜寒帯の地域に見られ、常緑針葉樹のトウヒ類、モミ類などがある。東シベリアにはカラマツなども見られる。
樹種が少ない。
日本では、比較的寒冷な北海道東北部に見られる。トドマツやエゾマツが見られる。
針葉は、凍結に耐えるための仕組みである。
北極圏の寒帯などに分布する。夏の一時期を除いて、年中、土壌が凍結している凍土（とうど）のため、高木が育たない。草本は育つが、地衣類やコケ類などが混ざる。
この地域は降水量も少ないため、低温で降水量の少ない地域に、ツンドラが分布することになる。
日本では、どこでも降水量が多いため、森林が形成される。
よって日本では、おもに気温の地域差によって、各地の植生が違ってくる。
そして、気温の地域差は、おもに緯度と標高により、決まってくる。一般に、高度が1000m増すごとに気温が5〜6℃下がる。
なので結果的に、緯度と標高によって、植生が違ってくる。
標高に応じてバイオームの地域差を、垂直分布（すいちょく ぶんぷ）という。
いっぽう、緯度によるバイオームの地域差を水平分布という。
人工林としてスギなどを植えてた地域も日本では多く、そのため人の手が加わってない自然な植生は、日本では少ない。
2600m以上くらいに、標高が高くなりすぎると、気温が低すぎるため、森林が形成されない。この、森林の形成できる高さの限界を森林限界（しんりん げんかい）という。
また、森林限界を越えた、標高の高い場所は、強風の場所でもある場合が多く、そのため風に強い植物が多い。
また、その森林限界より前でも、高木の形成できる限界の標高があり、これを高木限界（こうぼくげんかい）という。
高木限界より高い場所の植物は、草や花や低木である。夏には、お花畑と呼ばれる高山草原が見られることもある。
また、森林を形成するには、夏の平均気温が10℃以上は必要である。
このような現象のあるため、森林限界（2500mあたり）をさかいにして、標高により、高山帯と亜高山帯とに分かれる。森林限界より高い側が高山帯（こうざんたい）で、森林限界より低い側が、亜高山帯（あこうざんたい）である。
2500m〜あたりが高山帯であり、コケモモ、コマクサなどが見られる。
1700m〜2500mあたりが、亜高山帯であり、シラビソ、コメツガなどが見られる。
1700m〜600mあたりを山地帯といい、夏緑樹林が見られ、ブナやミズナラなどが見られる。
〜600mあたりを丘陵帯（きゅうりょうたい）という。
沖縄や鹿児島は亜熱帯である。日本でもマングローブが沖縄県など南西諸島の海岸などで見られ、ヒルギ類がマングローブとして分布している。海岸以外では、ソテツ、ヘゴ、ガジュマルなどが分布している。
九州中部から関東までの、標高の低い地域で、照葉樹林の生育する気候である。
日本では、その地域の気温によって、植生が決まる。
よって、その地域の気温の積算値をもとにした指数によって、植生が説明できる。
植物の生育がうまくできる下限の値を5℃と考え、よって月平均気温からマイナス5℃をした値を各月もとめ、さらにその各月の値を足し合わせた積算値を、暖かさの指数（warmth index, WI）という。
WIが15〜45は、トドマツなどの針葉樹が分布し、亜寒帯に相当し、北海道の北東部などである。
45〜85は、ミズナラなどの夏緑樹林が分布し、冷温帯に相当し、東北地方などである。
85〜180は、スタジイなどの照葉樹林が分布し、温暖帯に相当する。
180〜240は、沖縄県や鹿児島などで見られ、亜熱帯多雨林が分布し、亜熱帯に相当する。
（※　未記述）
（※　この解説は、現時点では 中学校理科のWikibooks を引用したものです。そのため、高校および大学受験では、不適切な可能性があります。）
動物性プランクトンは、エサとして、植物性プランクトンを食べている。
具体的に言うと、ミジンコやゾウリムシなどの動物性プランクトンは、ケイソウやアオミドロなどの植物性プランクトンを食べる。
そして、動物性プランクトンも、メダカなどの小さな魚に食べられる。
メダカなどの小さな魚も、さらに大きな魚に、エサとして食べられる。
というふうに、より大型の生き物などに食べられていく。
生きてるあいだは食べられずに寿命を迎えて死んだ生物も、微生物などにエサとして食べられていく。
このように、生き物どうしが、「食べる・食べられる」 の関係を通じて関わり合っていることを 食物連鎖（しょくもつれんさ、food chain） という。食べる側を捕食者（ほしょくしゃ、predator）といい、食べられる側を被食者（ひしょくしゃ）という。ミジンコとメダカの関係で言えば、メダカが捕食者、ミジンコが被食者である。捕食者も、さらに上位の捕食者によって食べられて、捕食者から被食者へとなる場合も多い。このように、捕食者-被食者の関係は、立場によって変わる相対的なものである。
実際には、捕食者が1種類の生物だけを食べることはまれであり、2種類以上のさまざまな種類の生物を食べる。食べられる側も、2種類以上の捕食者によって食べられる。このため、食物連鎖は、けっして1本道のつながりではなく、網状のつながりになっており、この食物連鎖の網状のつながりを食物網（しょくもつもう、food web）という。
食物連鎖は、なにも水中の生き物だけでなく、陸上の生き物にも当てはまる考え方である。
植物など、光合成を行って有機物を豪勢する生物のことを 生産者（せいさんしゃ、producer） と言う。動物のように、別の生物を食べる生き物を 消費者（しょうひしゃ、consumer） という。消費者は、生産者の合成した有機物を、直接または間接に摂取していると見なす。
動物は、他の動物または植物を食べているので、動物はすべて消費者である。肉食動物（carnivore）も草食動物（herbivore）も、どちらとも消費者である。
消費者のうち、草食動物のように、生産者を直接に食べる生物を一次消費者（primary consumer）という。その一次消費者を食べる肉食動物を二次消費者（secondary consumer）という。二次消費者を食べる動物を三次消費者という。さらに三次消費者を食べる生物を四次消費者という。
なお、二次消費者を食べる三次消費者が一次消費者を食べるような場合もある。このように、実際には、必ずしも直接に1段階下位の生物を食べるとは限らない。
いっぽう、菌類（きんるい）や細菌類（さいきんるい）のように、（落ち葉や 動物の死がい や 動物の糞尿（ふんにょう）などの）動植物の遺体や排泄物などの有機物を分解して無機物にする生物を分解者（ぶんかいしゃ、decomposer）と言う。
菌類とは、いわゆるカビやキノコのことである。シイタケやマツタケは菌類である。アオカビやクロカビは菌類である。
細菌類とは、たとえば、大腸菌（だいちょうきん）、乳酸菌（にゅうさんきん）、納豆菌（なっとうきん）などが菌類である。
分解によって、有機物は、二酸化炭素や水や窒素化合物などへと分解される。さまざまな分解者によって有機物は分解されていき、最終的には無機物へと変わる。
これら、菌類や細菌類は、普通は、葉緑体を持っていないので、光合成によって栄養を作ることができない。
菌類は葉緑体を持っていないため、菌類は植物には、ふくめない。細菌類も、同様に、植物にふくめない。
菌類の栄養の取り方は、カビ・キノコともに、菌糸をのばして、落ち葉や動物の死がいなどから、養分を吸収している。
一般的に、長期的に見れば、一次消費者の個体数は、生産者よりも少ない。なぜなら、一次消費者が一時的に生産者よりも増えても、食べ物の植物が足りずに一次消費者は死んでしまうからである。同様に、二次消費者の個体数は、一次消費者よりも少ない。
なので、本ページの図のように、生産者の個体数と一次消費者・二次消費者・三次消費者・ … の個体数を積み上げていくと、三角形のピラミッド型の図になる。このような個体数を生産者・一次消費者・二次消費者・ … と積み上げた図を個体数ピラミッドという。
同様に、生物量について、積み上げた図を生物量ピラミッド という。
個体数ピラミッドや生物量ピラミッドをまとめて、生態ピラミッドという。
これらのピラミッドのように、生態系を構成する生物を、生産者を底辺として、一次消費者・二次消費者・ … と食物連鎖の段階によって段階的に分けることができ、これを栄養段階（えいよう だんかい）という。
栄養は、おおむね、
というふうに、移動していく。そして、消費者も一生の最期には死ぬから、死んで分解されるので、栄養は分解者へと移動する。
栄養素として食べられる物質も、このように循環していく。

物質は、生物どうしでは上記の食物連鎖のように循環をするが、しかしエネルギーは循環せず、最終的には地球外（宇宙空間）に熱エネルギーなどとして出て行く（※ 東京書籍、数研、実教、啓林などの見解）。　（※ 第一出版の教科書を紛失したので、第一は分からない。）
生物の利用するエネルギーのおおもとは、ほとんどが太陽からの光エネルギーであるので、光エネルギーが光合成などによって有機物に変えられるなどして化学エネルギーとして変換され、消費などによって熱エネルギーとして排出さて、その熱エネルギーが宇宙に放出されている、というような出来事になっている。
つまり、エネルギーは生態系の中を循環はしていない。
このようなことから、検定教科書では「エネルギーは生態系の外に放出される」とか「エネルギーは生態系外に出ていく」などのように説明している。
ある生態系の一定面積内において、一定期間において生産者が光合成した有機物の総量を総生産量（そう せいさんりょう）という。生産者である植物は、自身の生産した有機物の一部を、自身の呼吸で消費している。呼吸によって使われた有機物の量を呼吸量という。
総生産量から呼吸量を差し引いた量を、純生産量（じゅん せいさんりょう）という。
純生産量の一部は、落ち葉となって枯れ落ちたり（ 枯死量、（「こしりょう」） ）、あるいは一時消費者によって捕食されたりする（ 被食量、（「ひしょくりょう」） ）ので、生産者の成長に使える量は、純生産量よりも低くなる。
純生産量から、枯死量と被食量を差し引いた量を、成長量（せいちょうりょう）という。
植物が成長に使える有機物の総量が、成長量である。
消費者である動物は、食べた有機物の一部を、消化・吸収せずに排泄する。食べた有機物の総量を摂食量（せっしょくりょう）という。消化吸収せずに排出したぶんの量を、不消化排出量（ふしょうか はいしゅつりょう）という。
消費者の同化量は、摂食量から不消化排出量を差し引いた量であるので、次の式になる。
さらに、ある動物の群れを、集団全体で見ると、その群れの一部の個体は、食物連鎖で、より上位の個体によって捕食される。なので、群れの成長に使える有機物の総量から、被食量を差し引かねば、ならない。さらに、動物には寿命があり、かならずいつかは死滅する。死滅するぶんの量が死滅量である。
これらを考慮すると、消費者の成長量は、次の式になる。
ある環境において、生産者の被食量は、一次消費者の摂食量と等しい。
同様に、一時消費者の被食量は、二次消費者の摂食量と等しい。
食物連鎖で生物間を移動する物質は栄養素だけではなく、生命には望ましくない有害物も、食物連鎖を移動していく。
たとえば、かつて農薬として使用されていたDDTは、自然界では分解されにくく、脂肪に蓄積しやすく、そのため食物連鎖を通じて高次の消費者へも取り込まれ、動物に害をおよばした。
生物内で分解・排出できない物質は、体内に蓄積しやすいという特徴がある。さらに、その生物を食べる消費者の体には、もっと多く蓄積しやすい。このため、生態ピラミッドで上位の生物ほど、高濃度で、その物質が存在しているという現象が起き、この現象を生物濃縮（せいぶつ のうしゅく、biological concentration）という。
毒性のある物質で、生物濃縮を起こす物質によって、高次の消費者を死亡させたり、高次の消費者の生命が脅かされた事例が過去に起きた。
生物濃縮を起こす、危険物質は、DDTのほか、PCB（ポリ塩化ビフェニル）や有機水銀などである。
現在、アメリカおよび日本などでは、DDTの使用は禁止されている。
なんらかの理由で、生産量ピラミッド中での、ある生物の個体数の比率が変わっても、時間が経てば、もとどおりに近づいていく。
そのため、しだいに、もとどおりに近づいていく。
他の場合も考えてみよう。
つりあいの状態から、なんらかの理由で、肉食動物が増えた場合も考えよう。仮に、この状態を「（肉食動物＝増）」と書くとしよう。
このように、食物連鎖を通じて、個体数の比率は調節されている。
（※ 画像を募集中。カナダでの、オオヤマネコ(捕食者)とカンジキウサギ（被食者）の個体数のグラフなどを作成してください。）
環境破壊や森林伐採などで、ある地域で、大規模に森林が破壊されてしまうと、生産量ピラミッドの最下段の生産者が減ってしまうので、上の段の消費者の動物も、その地域では生きられなくなってしまう。
人工的な環境破壊のほかにも、火山の噴火、山くずれ、洪水などの自然災害で、生物の量が大幅に減る場合もある。
現在の日本に生息している ブラックバスの一種（オオクチバス） や アメリカザリガニ やブルーギル などは、もともとの生息環境は外国だが、人間の活動によって日本国内に持ち込まれ、日本に定着した生物である。このような外部から、ある生態系に持ち込まれた生物を、外来生物（がいらい せいぶつ）という。
ある生態系に、遠く離れた別の場所から持ち込まれた外来生物が入ってきてしまうと、（天敵がいない等の理由で外来生物が大繁殖しやすく、その結果、）持ち込まれた先の場所の生態系の安定が崩れる。なぜなら、その外来生物の天敵となる生物が、まだ、持ち込まれた先の場所には、いないからである。
このため、外来生物を持ち込まれた場所では、外来生物が増えてしまい、従来の生物で捕食対象などになった生物は減少していく場合が多い。
その結果、外来生物によって（捕食対象などになった）従来の生物が単に減るだけでなく、絶滅ちかくにまで従来の生物が大幅に激減する場合もある。（※ 検定教科書ではここまで書いてないが、センター試験でここまで智識を要求する。※ 2016年の生物基礎の本試験）
外来生物の例として、オオクチバス（ブラックバスの一種） や ブルーギル という肉食の魚の例があり、これら肉食の外来生物の魚が在来の魚の稚魚を食べてしまうので、在来の魚の個体数が減少してしまうという問題も起きている。
一説では、湖沼によっては、オオクチバスやブル－ギルなどの繁殖した湖沼にて従来の魚が激減しているという（※ 数研の教科書や2016年センター試験がその見解）。
社会制度としては、上述のように外来生物が従来の生物に多大な悪影響を及ぼしかねないので、日本では法律で外来生物の持込みが規制されている。生態系を乱す恐れの特に高い生物種を「特定外来生物」に指定して、飼育や栽培・輸入などを規制したり、他にも日本政府は生物多様性条約の批准を受けて日本国内で『生物多様性国家戦略』などの構想を打ち立てたりしている。
植物でも、セイタカアワダチソウ や セイヨウタンポポ などの外来生物がある。
沖縄のマングース（ジャワマングース）も外来生物であり、ハブの捕獲の目的で沖縄へと持ち込まれた。しかし、ハブ以外の生物も捕食してしまい、オキナワの固有種のアマミノクロウサギやヤンバルクイナなどを、マングースが捕食してしまうという問題が起こった。また、ハブは夜行性であり、そのためマングースとは行動時間が一致せず、ハブ捕獲の効果も低いことが分かった。
現在、環境省は、対策として、沖縄でマングースを捕獲している。
日本の外来生物には、これらのほか、アライグマ、カミツキガメ、ウシガエル、セイヨウオオマルハナバチなどが外来生物である。
絶滅のおそれのある生物種を絶滅危惧種（ぜつめつきぐしゅ、an endangered species [1]）という。絶滅危惧種のリストをレッドリストといい、それらをまとめた本をレッドデータブックという。
世界各国の政府や環境団体などは、絶滅を防ぐための取り組みとして、レッドデータブックをまとめている。日本では、環境省によりレッドデータブックが作成されている。
動植物への乱獲などによる絶滅を防ぐため、絶滅危惧種の取引を規制する条約としてワシントン条約などがある。
干潟は、渡り鳥の生息地になっていたり、貝などの生息地になっている。現在では、干潟は自然保護の観点から、環境保護をされている。だが昔は、干潟はたんなるドロの多い場所と考えられており、そのため、干拓や埋立て工事などによって、多くの干潟が消失した。
かつて冷蔵庫などの冷媒として利用されていたフロンガスという物質が原因で、オゾン層が破壊され減少していることが1980年代に分かった。
オゾン層は紫外線を吸収する性質があるので、オゾン層が破壊されると、地上にふりそそぐ紫外線が増え、生物が被害を受ける。
大気中で二酸化炭素の濃度が上がると、地球の気温が上昇すると考えられている。大気中の二酸化炭素には、赤外線を吸収する性質があるので、その結果、熱を吸収する働きがある。なので、二酸化炭素が増えると、地上の熱が宇宙に逃れず地球の周囲に閉じ込められるので、地上の気温が上がる、と考えられている。これが、温暖化の原因と考えられている。また、大気中の二酸化炭素が、熱を閉じ込める作用のことを 温室効果（おんしつ こうか） と言う。二酸化炭素など、熱を閉じ込める温室効果のある気体のことを温室効果ガスと言う。
地球温暖化（ちきゅう おんだんか） の主な原因は、石油などの化石燃料（かせき ねんりょう）の大量使用によって、排気にふくまれる二酸化炭素（にさんかたんそ）により、空気中の二酸化炭素が増加したためと考えられている。他にも、森林伐採などによって光合成によって固定される炭素の総量が低下した結果も含まれる、という考えもある。
もし、温暖化が進行して、南極の大陸上の氷や氷河の氷が溶ければ、海面上昇する。低地が水没する。海抜の低いツバル、モルディブ、キリバスの国は、海水面が上がれば、国土の多くが水没してしまう恐れがある。
なお、北極の氷が溶けても、もともと北極海に浮かんでいる氷が水に変わるだけなので、海面は上昇しない。
また、温暖化によって、熱帯で生息していた蚊の分布域が広がることが心配されている。マラリアを媒介する蚊のハマダラカの生息域が広がる恐れが有る。
酸性雨の原因は、化石燃料の排気にふくまれる窒素酸化物などの物質が、雨の酸性化の原因と考えられている。酸性雨により、森林が枯れたり、湖や川の魚が死んだりする場合もある。
耕作や工業用地化や住宅地化を目的にした森林伐採などで、世界的に森林面積が減少している。森林の減少により光合成量が減るので、温暖化の原因にもなっていると考えられている。また、動物の生息域が減るので、生態系の保護の観点からも、森林破壊が問題である。
なお、温暖化の化石燃料以外の他の原因として、森林伐採などによる森林の減少によって、植物の光合成による二酸化炭素の吸収量が減ったのも理由の一つでは、という説もある。
また、過度の森林伐採などにより、土壌の保水性が失われたために、その土地で植物が育たなくなる砂漠化（さばくか）も起きている。
植物プランクトンによる光合成量と消費量のつりあう水深のことを補償深度（ほしょう しんど）という。
補償深度は、外洋で水深100メートルまでに存在している。
湖の水質で窒素やリンなどの濃度の高くなると、硝酸塩やリンは植物プランクトンにとっての栄養でもあるので、植物プランクトンにとっての栄養に富んだ湖になるので、そのような窒素やリンの濃度の高い湖の事を富栄養湖（ふえいよう こ）という。生活排水や農業廃水などに含まれるリンや窒素（ちっそ）化合物などの成分の流入によって、富栄養湖になっている場合もある。
また、湖や海などが、そのように窒素やリンなどの濃度の高い水質になる事を富栄養化（ふ えいようか, entrophication）という。
いっぽう、窒素やリンなどの濃度の低い湖のことは「貧栄養湖」（ひん えいようこ）という（※ 数研の教科書で紹介）。
検定教科書によっては「窒素」ではなく「硝酸塩」（しょうさんえん）と書いてある場合もあるが（たとえば啓林館）、これは硝酸は窒素化合物だからである。（※ 高校の『化学基礎』や『専門化学』などで硝酸を習う。）
ここでいう「塩」は、けっして塩化ナトリウムのことではない。そうではなく、「陽イオンと陰イオンとの化合物」というような意味での「塩」である。
「硝酸塩」と書く場合は、「リン」のほうも「リン酸塩」と書いたほうがバランスが取れるだろう。（実際、啓林館の教科書はそうである。）
つまり、上記の富栄養湖の記述を「硝酸塩」および「リン酸塩」を使って言い換えると、下記のような言い回しになる。
のような記述になろだろう。
さらに、これら硝酸塩やリン酸塩をまとめて、「栄養塩」または「栄養塩類」という事もある。「栄養塩」という語句を使って上記文を言い換えれば、
のような記述にでも、なるだろう。
なお、「栄養塩」という用語は、けっしてプランクトン限定ではなく、一般の樹木や草などの植物の生育に必要な硝酸塩やリン酸塩などのことも「栄養塩」という（※ 数研の検定教科書『生物基礎』でも、植物の遷移の単元でそういう用語を使っている）。

さて、「栄養」と聞くと、よさそうに聞こえるが、これはプランクトンにとっての栄養という意味であるので、水中の水草や魚などにとっては、プランクトンの増大が害になっている場合もある。
なぜなら、プランクトンにより日照がさえぎられるので（植物プランクトンは光の届く水面近くにいるので）、湖の底にある水草は光合成をできなくなる。
自然界の河川や海水にも、栄養が溶けており、それらは水中の生物の生存にも必要な場合もあるし、プランクトンが少なすぎても、それを食べる魚介類が増えない（※ 数研の見解  ）。また、微生物がそれら水中の窒素やリンを消費するなどして、ある程度の範囲内なら窒素やリンなどは自然に分解消費されていく（自然浄化）
しかし栄養が過剰になりすぎると、プランクトンの大量発生などにより水系の生態系のバランスが崩れ、水草の現象や魚介類の大量死などの原因にもなる。過去には、過剰に富栄養化した湖や沿岸などで、魚介類の大量死が発見される場合もあった。（※ 数研の『生物基礎』に記述あり。）
赤潮（あかしお、red tide）という海水面の赤くなる現象の原因も、水質の富栄養化である。（※ 数研の『生物基礎』に記述あり。）
なお、淡水では、富栄養化により（赤潮ではなく）水面の青緑色になる「水の華」（みずのはな）が発生する（「アオコ」ともいう）。
なお、プランクトンとは、水中を浮遊する微生物の総称で、そのうち光合成をするものが植物プランクトンとして分類されている。水中の、光合成しない浮遊微生物は動物プランクトンに分類される。
（※ 範囲外、資料集などに記載あり）
アオコの植物プランクトンは、シアノバクテリア類である。（たぶん暗記は不要。市販の受験問題集でも、ここまで問われていない（※ 旺文社の入試標準問題精講で確認）。）
なお、「シアノバクテリア」という品種名ではなく、ミクロキスティスなどの品種名であり、そのミクロキスティスがシアノバクテリア類に含まれるという事（※ 数研の資料集『生物図録』229ページにそう書いてある）。
（赤潮のプランクトンの名称については、資料集などに記載が無い。）
赤潮で、色が赤く見える原因は、その赤潮を起こすプランクトンの色がわずかに赤いからであり、そのプランクトンが大量発生しているから赤く見えるという仕組みである。[2]。
※ つまり、けっして、塩化ナトリウムの化学変化などで赤いわけではないようであるという事を、wikibooksでは言いたい。
※ 入試には出ないだろうが、河川では水が流れてしまうので、プランクトンも流れてしまうためか、アオコは発生しないのが通常である（※ 教科書では、いちいち説明されていないが、丸暗記をしないで済ませるために、こんくらい分析しよう）。
また、赤潮の発生しやすい場所は、沿岸部や内海である。検定教科書でも、「内海」だと明記しているものもある（数研出版など）。つまり、外洋では、赤潮は発生しづらい（※ 教科書では、いちいち説明されていない）。
おそらくだが、沿岸から遠いと、栄養塩が陸地から流れてこなかったり、または栄養塩が滞留しづらいからだろう。（※ 丸暗記せず、分析して理解するようにしよう。）

有機物による水質の汚染の具合を定量的に測定するための指標として、BODおよびCODというのがある。
BODは、生物学的酸素要求量というものであり、その水の単位量あたりの有機物を分解するのに、水中の微生物が必要とする酸素量が、どの程度かというものである。
いっぽう、CODは、化学的酸素要求量というものであり、その水の有機物を酸化剤で酸化分解するのに必要な、化学計算に換算した際の酸素量のこと。
BODおよびCODは、数値が大きいほど、有機物による汚染がひどい事を表す。


ある地域に住む同種の個体（indvidual）の群れを個体群（こたいぐん、population）という。ゾウの群れでもウマの群れでも、ハエの群れでも、同種の個体の群れでさえあれば、個体群という。
ショウジョウバエの雄と雌とのつがいを、エサの足りた飼育ビンなどの中で飼育すると、初めは個体数が急激に増加する。
もし、エサが限りなく豊富にあり、居住空間も広ければ、どんどん増えていくことになる。しかし、実際には、エサには限りがある。
ある環境において、個体数の密度が高まると、食べ物の不足や、居住空間の減少、排出物の増加などによって、生活空間が悪化する。その結果、生まれてくる子が減ったり、あるいは生存競争が激しくなって死亡率が増えるなどして、個体数の増加が抑えられる。そのため、個体数の時間についてのグラフを書くと、図のようにS字型になる。このグラフのように、個体群における個体数の推移を描いたグラフを個体群の成長曲線（せいちょうきょくせん、growth curve）という。
動物でも植物でも、このような現象が見られる。
ある環境においての、個体数の最大数を環境収容力（かんきょう しゅうようりょく、carrying capacity）という。
また、密度によって、個体の成長や発育などが変化することを密度効果（みつど こうか、density effect）という。
植物でも密度効果はある。
ダイズでは、種をまいたときの密度に関わらず最終的な単位面積あたりの総重量が、ほぼ同じ値になる。
これを最終収量一定の法則（さいしゅうしゅうりょう いってい の ほうそく、law of constant final yield）という。
トノサマバッタでは、幼虫時の密度で、成虫になったときの様子が変わる。
幼虫時に密度が低いと、成虫は孤独相（こどくそう、solitarious phase）になる。子には遺伝しない。
孤独相
いっぽう、幼虫時に密度が高いと、成虫は群生相（ぐんせいそう）になる。子には遺伝しない。
群生相
移動能力の高さは、新しい環境を探すためのものである。
このように、個体群密度によって、同じ種の形態や行動に違いが出ることを相変異（そうへんい）という。アブラムシやヨトウガでも相変異が見られる。
動物の、ある個体群で、個体の生存数を数表にしたものを生命表（せいめいひょう、life table）といい、生命表の内容をグラフにしたものを生存曲線（survival curve）という。
種によって生存曲線は違い、主に3つの型に分かれる。
晩死型と早死型と平均型という3つである。
晩死型は、死期が寿命の近くである。早死型は、生まれてから、すぐに死ぬ個体が多い。平均型は、時期によらず死亡率が、ほぼ一定である。
魚類など、産卵数の多い生物は、子育てをせず、そのため早死型が多い。
いっぽう、大型の哺乳類は、晩死型である。
鳥類・爬虫類などは平均型である。

台風や山火事、土砂崩れや噴火など、環境に変化を与える現象を 攪乱（かくらん、かく乱） という。
たとえば、台風で、熱帯のサンゴ礁が傷付くのも攪乱である。
種の多様性について、いちばん多様性を多くする攪乱の規模は、攪乱が中程度の場合であり、この理論を 中規模攪乱説（ちゅうきぼ かくらんせつ） という。
たとえば熱帯のサンゴ礁では、中規模の台風が起きた方が、サンゴの種の多様性が高まることが知られている。オーストラリアのヘロン島でのサンゴ礁の調査で、このような中規模攪乱説どおりの事例が知られている。
たとえば右の図のような地域の場合、30%くらいの被度で、もっとも種数が多くなる。
攪乱が強すぎると、攪乱に強い種しか生き残れない。
攪乱が弱すぎると、通常時の競争に強い種しか、生き残れない。
人間が森林を伐採したりするなどの、人為的なことも攪乱である。
森林の場合、攪乱がないと、陰樹ばかりになる。攪乱が起きて、噴火などで、いったん樹木が焼き払われると、そのあとの地には、まず陽樹が生えてくるようになる。
里山（さとやま）など、人里ちかくの森林では、かつては人々が林業などで木材として森林資源を利用してたので、かく乱が適度に行われていた。だが、最近では林業の後継者不足や経営難などで放置される森林も増えており、そのため木材として伐採されなくなり、攪乱されなくなったので、種の多様性が低下していると主張する者もいる。種の多様性確保のため、適度に木材などの森林資源を理容すべきだと主張する者もおり、日本国での小中高の公教育での検定教科書なども、そのような立場に立っている。
持続可能な社会のためには、持続可能な生態系が必要である。人間が食べる動植物は、生態系があるからこそ生存できるのである。もし、動植物がいなくなれば、人間にとっても食べ物が無くなり、人間も滅ぶ。生態系の維持のためには、根本的な対策は、人間が、資源の消費や森林伐採された土地の利用などに基づいた現代の文明を見直して、消費を控え、持続可能な文明へと変えていく必要があるのかもしれない。そのためには我慢をする事が今後の人類には必要であり、今後はおそらく現代のような放漫な消費ができなくなり、かつて住宅地や工業用地などとして開発された土地のいくつかを農地や雑木林などにも戻す必要もあるかもしれない。現時点で存在している里山を維持するだけでは、すでに宅地化などの開発によって消失した里山は、復活しないのである。
また国によっては人口も減らす必要もあり、おそらく今後は人間が不便も感じることもあるだろう。
学校教科書は、政治的に中立でなければならないので、具体的な環境対策には踏み込めない。しかし、自然環境は、そのような人間の都合になどには、合わせてくれないのである。たとえば日本ではニホンオオカミや野生トキなど日本の固有種の動物のいくつかが絶滅したが、けっして自然環境は、日本人に合わせて、ニホンオオカミなどの生物の絶滅のスピードを緩めてなんて、くれなかったのである。日本の政治家や学校などが、「日本は素晴らしい国」だと言っても、日本での動植物の生態の歴史の観点から見れば、日本国および日本人は、ニホンオオカミや野生トキなどを絶滅させた環境破壊を行ったという、不名誉な実績のある国および国民なのである。人間の学生が「環境問題や環境の生物学について、勉強しよう」などと考えている間にも、人類が生態系に負荷を与える活動を続けていくかぎり、生物種は絶滅に近づいていくのである。
商人や、一部の政治家や有権者にとっては、人間が資源を消費をするほうが商人が売買をしやすく、そのため税収も増えるので、彼らには都合が良い。しかし、そのような人間中心の都合に、生態系は合わせてくれない。
乱獲や農薬の乱用によって、絶滅したり激減した生物種も、世界の自然界には、事例が多い。
自然界だけが日本人の都合になんて合わせてくれないどころか、人間社会の内部ですら、日本以外の外国は、日本国の都合になんて合わせてくれない。たとえば、魚などの海洋資源の漁獲の規制のありかたについての問題は、魚は各国の領海や沿岸を移動するため、漁獲資源は世界的な感心後とであり、諸国が自国の立場を主張するので、たとえ他国の立場も尊重することはあっても、けっして他国の立場には従わない。だから世界各国の主権国家は、日本国の命令には従わないので、仮に日本が自国の漁獲を伝統文化などと主張しても、外国からすれば、「日本の文化」などと主張するだけでは根拠不十分として、それだけでは日本国の主張には従ってくれない。また、ヨーロッパの国では、環境問題が国を越えて影響を与えることもあり、環境問題は国際問題として取り組むべきだと、考えられている。
さらに、じつは農地などの里山ですら人間が利用しやすいように環境を改変した人工的な環境であり、けっして本来の自然環境ではなく、農地などは人間にとって不要な森林を「開墾」（かいこん）などといって森林伐採するなどして環境破壊されたあとの状況なのである。（農業が森林伐採を伴うことは、検定教科書でも説明されている。[1]）よく書籍などでは、途上国での焼畑（やきはた）農法が環境破壊として問題視されるが、何も農業による環境破壊は、焼畑に限った話ではないのである。水田も、森林伐採をした結果の場所名のである。ただし、アスファルトやコンクリートなどで舗装したりするのと比べれば、農地などの里山のほうが生態系への負荷が少なく、里山のほうがアスファルト舗装よりかは種の多様性が大きくてマシである、ということである。
また、ひとまとめに「農地」と言っても、現代の農法は、江戸時代などの古くからの農法とは異なり、現代では農業に化学肥料や農薬などを用いる場合が多く、暖房や照明なども用いる場合があり、現代の農法の多くは石油資源などの消費に頼った農法である。現代の食生活は、現代の農法を前提としており、その農法は、資源の消費を前提としている。いつの日か、人類は、食生活を見直す必要があるのかもしれない。

ハチ、アリ、シロアリなどでは、同種の個体が密集して生活し、コロニーとよばれる群れを形成している。これらの昆虫（ハチ、アリ、シロアリ）は、社会性昆虫と呼ばれる。
シロアリの場合、産卵を行う個体は、ふつうは1匹に限られる。その産卵を行うアリが、女王アリである。
女王アリ以外のメスは不妊である。
女王以外のアリには、ワーカーや兵アリがいる。
ワーカーとは、いわゆる「はたらきアリ」のことで、食物の運搬や幼虫の世話などの仕事をする個体のことである。
シロアリのワーカーや兵アリには生殖能力が無い。
ハチも同様に、女王バチやワーカーがいる。ハチでも、産卵を行うのは女王ハチのみであり、ワーカーや兵ハチには生殖能力が無い。
（ほうかつ てきおうど）
ニワトリやニホンザルやオオカミなどで、よく見られる。
ニワトリの場合、何羽かを檻（おり）の中で買うと、つつきあいをして順位が決まる。順位の高いほうが、つつく。順位のひくいほうが、つつかれる。
ニホンザルの場合、順位の高い個体のほうが、順位の低い個体の尻の上に乗っかり、これをマウンティングという。
ある種の個体群について、必要とする資源の特徴や、活動時間などのように、生態系の中で占めている地位を生態的地位（ニッチ、niche）という。
異種の個体群のニッチが似ている場合、ニッチを奪い合って競争が起きる場合が多いので、そのようなニッチの似ている異種個体群が共存するのは難しい。
たとえばゾウリムシ（P.caudatum）とヒメゾウリムシ（P.aurelia）は、ともに細菌を食物とするためニッチが似ており、よって共存は難しい。
いっぽう、タカとフクロウは、食べ物が似ているが、活動時間が違うため、自然界なら共存は可能である。
ゾウリムシとヒメゾウリムシのように、異種がニッチを奪い合って競争することを種間競走（しゅかん きょうそう、interspecific competition）という。
ヒメゾウリムシのほうが体が小さく、そのため、少ない食料でもヒメゾウリムシは有利である。なので、ヒメゾウリムシとゾウリムシを、たとえば狭い容器などに入れて競走させると、ゾウリムシが競争にやぶれて減少し、やがてゾウリムシは絶滅するという場合が多い。
このように、異種が競争して、どちらかが絶滅することを競走的排除（きょうそうてき はいじょ、competitive exclusion）という。
ニッチが異なっていれば、同じ場所であっても、異種の個体群が共存できる場合がある。
たとえばミドリゾウリムシとゾウリムシは、ニッチが微妙に異なっており、そのため共存しやすい。ミドリゾウリムシは光合成でエネルギーを生産できる。
縄張り（テリトリー）
シジュウカラは一夫一妻制。
アリとアブラムシ
サメとコバンザメ
寄生者、宿主（しゅくしゅ）
寒冷地ほど、体が大型化。
ホッキョクグマ（大きい）と、ツキノワグマ（小さい　）との関係など。
寒冷地の動物は、耳などの突起物が小型である。寒冷地であるほど、突起物が小型化している。