生物授業実践記録
1時間の授業でいくつのステージを観察することができるか
−「バフンウニの発生」を観察する−
福井県立武生高等学校生物科
齋藤 和秀
坂東 知範
小林 輝己
武生高校HPアドレス http://www.takefu-h.ed.jp
メールアドレス tb856576@fukui-ed.jp
授業日誌アドレス http://www1.coralnet.or.jp/tbando/index.htm
 
はじめに

 高校において,ヒキガエルやウニの発生の過程を生きた材料で観察するのは,季節的な問題や飼育上の問題から容易ではない。実施したとしても,発生の一時期のみ,あるいは固定した材料を用いている学校が多いのではないだろうか。本校ではバフンウニを材料に1授業時間(50分)で,放卵放精からプルテウス幼生までのほとんどのステージを,生きた材料で観察する授業を実践している。観察した生徒は実際の卵割の瞬間など,写真や固定した材料では味わえない「生き物」を実感する。観察の方法を紹介し,多くの高校で実践される場合の参考となることを望むとともに,ご批評を仰ぎたい。
 
採取と飼育

 バフンウニの産卵期は1〜3月頃であるので,観察は,毎年3学期の終わり頃に実施している。採取は時期にあわせて出かけたいが,冬の日本海は高波が押し寄せるので,数少ないなぎの日を見計らって実施している。この頃のバフンウニは波打ち際の石の下などに集まっていることが多く,ふつうの長靴程度の装備で採取できる。また,同じ場所に多個体が集まっている場合が多いので,1時間程度で必要な個体数を集めることができる。ふた付きの海水入りバケツに管足を後で傷つけないように,えさになるアラメやホンダワラなどの海藻と共に入れて持ち帰る。学校では,底面ろ過を施した水槽(長さ120cm)に海水を入れ,採取してきたウニを海藻とともに入れておく。水温は室温で,10℃程度である。1〜2か月は,長さ45cmの水槽で100個体程度を十分に飼育できる。
 
授業の展開

1.放卵放精(演示5分)
 授業開始とともに,水槽から雌雄と思われる2個体を選びだし,海水を満たしたショウジョウバエ飼育用の管びん上に口器を取り除いて逆さまにおく。バフンウニの雌雄の見分け方は,実験参考書などには記載されてないが,水槽の壁面をとおしてみて,管足がややピンク色をしたものがメスで,白っぽいものがオスである傾向が見られる。体内にKClを溢れるぐらいに注射器で入れると,すぐに放卵(放精)が見られる。
2.受精(5〜10分)
 管の底にたまった卵をビーカーにとり海水で薄めて,生徒が観察する時計皿にとり分ける。精子はごく薄くなるよう海水で薄めて,プラスチックのスポイトに入れ観察班ごとにわけて生徒に渡す。生徒はまず未受精卵を観察し,続いて精子のけん濁液を一滴時計皿に入れ,卵に群がる精子のべん毛の運動と,受精膜形成の様子を観察する。
3.卵割(5〜10分)
 受精膜の観察を終えた生徒は,時計皿の内容物を捨てて,当該授業の1つ前のクラスの授業時に受精させた受精卵を観察する。バフンウニの発生の経過時間は,水温によってほぼ決まっており,19〜20℃の場合,受精から1時間くらいで第一卵割が始まる。ほとんど全ての卵が数分の間に卵割を終えるので,卵にくびれが入り,完全に2つの割球になるまでの過程が観察できる。同様の方法で,授業時間から遡って時間を調整し受精させておけば,第2,第3卵割などの瞬間も観察することができる。(表)

ステージ 第1卵割 第2卵割 第3卵割 第4卵割 第5卵割
時間 76分 118分 2時間32分 3時間26分 4時間24分
受精から各卵割開始までの時間
水温は19.5℃。最初の1個が卵割を開始してから最後の1個が卵割を終了するまで12〜18分。生徒が課題研究の一つとして行った結果を示す。

4.胚(25〜35分)
 卵割と同様あらかじめ受精させておくことで様々なステージの胚を観察することができる。前日,前々日の授業で受精させた受精卵は,大形(1〜2リットル)のビーカーに入れておき,暖房の有る無しなど,置き場所を工夫して発生にかかる時間を調節する。生徒は,実験室に準備した大形のビーカーから各自スポイトで時計皿に幼生をとり,顕微鏡で観察する。この際,ビーカーには受精の日付けと時刻のみを記入しておき,生徒自身にどのステージの胚であるかを確認させ,胚発生にかかる時間を考えさせてもよい。本校では通常,胞胚からプルテウスまで5〜6ステージの胚を用意してある。この段階では,生徒に観察班ごとに分担して観察させるとスムーズに観察することができる。
 この観察においては,なるべく多くの生きた発生のステージを観察させることに重点をおくので,あまり詳しいスケッチは要求しない。また,授業時間に十分観察できなかった生徒に対して,休み時間や放課後に実験室を解放している。

 
撹拌装置

 本校は1学年が10クラスあり,その全クラスで観察を実施している。このため,大量の胚が必要になる。あらかじめ受精させておいた胚は,遊泳を始めるふ化以前,ごく低密度であれば問題ないが,2リットルのビーカーでもわずかに目に見える程度の密度で底に沈殿し,酸欠のためか正常な発生がさまたげられる。これを解決したのが小林の考案した撹拌装置()である。低速回転モーター(30rpm)にプラスチックの羽根をつけた簡単なものであるが,海水をゆっくり撹拌し胚を正常発生させる。低速回転モーターは限られた時期にしか製造されないらしく,地方では手に入りづらいが,秋葉原の電気部品店の店頭には1個千円程度で積まれていることがあるとのことである。
図 撹拌装置
アクリル板の上に木材を置き,その上に低速回転モータを固定した。羽根はゴム栓を介して固定してある。
 
おわりに

 「生命が自分の顕微鏡のステージ上で形成されていくのを目の当たりにすることほど,生徒の生物に対する興味を引き出す方法はないのではないか。」毎年学年末にこの観察を実施し感じる感想である。情報の溢れる現代においてこそ,実物をリアルタイムで観ることの大切さを感じる。しかし多忙化する学校においてはこのような観察・実験はますますやりづらくなってきている。その点ここで紹介した観察は,苦労対効果の比率の高い観察であると実感している。
 最後に自慢をさせていただくと,本校の生物教員は大変仲が良い。実験室には手のあいている者が顔を出し,特に指導を補助すると言うのではないが,顕微鏡をのぞき見ては,教員自身が感じたことを生徒に話かけたりしている。そして自慢できる実習教員(助手)がいる。いくら手間がかからないといっても,一時限目に間に合うように受精させたり,海水のついた顕微鏡の始末をしたりと様々な苦労がある。短い間に手際よく観察を行うには準備,後始末だけでなく,実験室で生徒に,時には教員にも適切なアドバイスをタイミングよく与える福塚るり子助手の手腕に負うところが大きい。この場を借りて感謝の意を表したい。

(文 坂東)