2020センター試験　生物基礎　解説とまとめ

平均点は「32.65点」
出題内容について
第１問
生物の特徴、代謝、ミクロメーター、細胞構成成分、遺伝情報とDNA・タンパク質の合成・DNAの研究史
第２問
体液の濃度調節、ホルモン、免疫
第３問
バイオーム、炭素の循環、生態系とエネルギーの流れ、地球温暖化、大気中の二酸化炭素濃度の変化について

次の文章は、細胞の特徴を探求する活動の一環として、ある動物細胞を光学顕微鏡で観察しているホタルとヒカルの二人の会話である。

 

ホタル
色素を利用して（a）細胞小器官を染めて観察すると、実はミトコンドリアにもいろいろな形や大きさのものが見えるね。この細長いミトコンドリアのサイズはどのくらいだろう。

 

ヒカル
今使っている対物レンズと接眼レンズの組合せだと、（b）接眼ミクロメーターの２０目盛りが対物ミクロメーターの５０μｍに相当しているね。細長いミトコンドリアは接眼ミクロメーターの２目盛りだけど、これはどのくらいの長さになるのかな。

二人は様々な細胞小器官を観察し続けた。

ホタル
拡大しても、細胞小器官の間は何もないように見えるけど、実際にはどうなっているんだろう。教科書の細胞の模式図でも、細胞小器官の間は何も描かれていないことが多いよね。水で満たされているのかな。

 

ヒカル
水だけではないはずだよ。私たちの観察条件では見えないだけで、エネルギー物質や（c）細胞を構成する様々な成分が含まれているはずだよ。

 

ホタル

きっと様々な化学反応が起きているんじゃないかな。細胞って、なんだかすごいね。

問１　下線部（a）に関連して、真核生物における細胞小器官に関する記述として誤っているものを、次の①～⑤のうちから一つ選べ。

 

①　核には、ＤＮＡとタンパク質を主な構成成分とする染色体が含まれる。
②　ミトコンドリアで行われる呼吸では、水がつくられる。
③　ミトコンドリアは、核とは異なる独自のＤＮＡをもつ。
④　葉緑体やミトコンドリアでは、ＡＴＰが合成される。
⑤　葉緑体に含まれる主な色素は、アントシアン（アントシアニン）である。

下線部（b）に関して、細長いミトコンドリアの長さの数値として最も適当なものを、次の①～④のうちから一つ選べ。

　①　2.5　　②　5　　③　10　　④　40

下線部（c）に関連して、ヒトなどの動物細胞の構成成分と分析すると、質量比で水が最も多くを占めている。水の次に多く含まれる成分として最も適当なものを、次の①～④のうちから一つ選べ。

　①　タンパク質　　②　炭水化物　　③　核酸　　④　無機塩類

近年、（d）ＤＮＡの人工合成技術が飛躍的に進歩している。この合成技術を用いて、ある研究者グループは細菌Ｍの全ゲノムの塩基配列（約１００万塩基対）のＤＮＡを合成した（以後、合成ゲノムＤＮＡとよぶ）。この合成ゲノムＤＮＡを別の細菌Ｃに導入して細菌Ｃのゲノムと置き換えて、細菌Ｍ’を作ろうとしたが、この細菌は増殖しなかった。これは、合成ゲノムＤＮＡの塩基配列のうち、１塩基対が誤っていたためであった。この１塩基対を修正した合成ゲノムＤＮＡを用いて同じ実験を行ったところ、細菌Ｍ’の増殖が確認された。

 

問４　次の文章は、上で説明した細菌Ｍ’の作製実験に関連した記述とその考察である。文章中の（ア）～（エ）に入る語として最も適当なものを、下の①～⑨のうちから一つずつ選べ。

 

遺伝情報はＤＮＡからＲＮＡ，そしてタンパク質へと一方向に流れていくという考え方がある。この考え方を（ア）という。この考え方に従うと、１塩基対の誤りを含むＤＮＡから（イ）されたＲＮＡの塩基配列、さらにそこから（ウ）されたタンパク質のアミノ酸配列にも誤りが引き起こされたと考えられる。さらに詳しく調べたところ、この１塩基対の誤りを含んだ遺伝子がコードしているタンパク質は、ＤＮＡを鋳型にＤＮＡを合成する（エ）を開始させるのに必要な酵素の一つであった。このため、１００万塩基対中のたった１塩基対の誤りによってＤＮＡの（エ）開始できず、細菌Ｍ’が増殖できなかったと考えられる。

 

　①　複製　　②　翻訳　　③　転写　　④　遺伝　　⑤　代謝　　⑥　セントラルドグマ

　⑦　デオキシリボース　　⑧　ゲノムプロジェクト　　⑨　バクテリオファージ

下線部（d）に関連して、図１のようにＤＮＡの二重らせんの片方の鎖の塩基の並びが「ＡＴＧＴＡ」のとき、この配列に相補的な「ＤＮＡの塩基配列」と「ＲＮＡの塩基配列」として最も適当なものを、下の①～⑨のうちからそれぞれ一つずつ選べ。ただし、同じものを繰り返し選んでもよい。

次の文章は、遺伝子の本体にせまる歴史的実験について述べたものである。文章中の（オ）～（ク）に入る語の組合せとして最も適当なものを、下の①～⑧のうちから一つ選べ。

肺炎双球菌（肺炎球菌）には病原性のＳ型菌と非病原性のＲ型菌がある。グリフィスは、Ｒ型菌と加熱殺菌したＳ型菌を混ぜてネズミに注射する実験を行った。すると、このネズミには病気の症状が現れ、その体内から生きた（オ）が見つかった。これは、死滅したＳ型菌の中の物質がＲ型菌の性質や特徴を変化させたために起こった現象であり、このような現象を（カ）という。また、エイブリーらは、Ｓ型菌の抽出液からタンパク質を分解させたものと、ＤＮＡを分解させたものとを作り、それぞれＲ型菌と混ぜて培養する実験を行った。この場合、（キ）を分解させた抽出液を用いた実験では（オ）の出現が確認されたが、（ク）を分解させた抽出液を用いた実験では確認されなかった。

Ａ　硬骨魚類は、（a）腎臓と（b）エラによって体液の塩類濃度を一定に保つしくみを持っている。そのため、（c）淡水魚のコイと海水魚のカレイは、通常、異なる塩類濃度の環境に生息しているが、両者の体液の塩類濃度は、ほぼ等しい。

問１　下線部（a）に関連して、次の文章中の（ア）～（ウ）に入る語句の組合せとして最も適当なものを、下の①～⑥のうちから一つ選べ。

淡水魚の体液の塩類濃度は、尿の塩類濃度と比べると（ア）。海水魚の体液の塩類濃度は、尿の塩類濃度と比べると（イ）。したがって、淡水魚と海水魚の体液の塩類濃度がほぼ等しいことから、淡水魚の尿の塩類濃度は、海水魚の尿の塩類濃度と比べると（ウ）ことが分かる。

下線部（ｂ）に関連して、次の文章中の（エ）～（キ）に入る語の組合せとして最も適当なものを、下の①～⑧のうちから一つ選べ。

エラにある塩基細胞とよばれる特殊な細胞は、（エ）が合成される場であるミトコンドリアを多くもち、そのエネルギーを利用して塩類の輸送を行っている。淡水魚の塩類細胞（以後、淡水型とよぶ）は、（オ）から（カ）への輸送を行い、海水魚の塩類細胞（以後、海水型とよぶ）は、（カ）から（オ）への輸送を行う。ある種の魚は、この淡水型と海水型の両方をもつ。例えば、サケは幼魚から成魚へと成長すると、塩類細胞は淡水型から海水型へと変わり、川から海へと生息環境を変える。このような淡水型から海水型への変化には、ヒトと同様に（キ）から放出される成長ホルモンが関わっている。

下線部（c）淡水魚のコイと海水魚のカレイに関連して、ある条件下では、淡水魚と海水魚が混じって生息することがある。ある日、河口から約２０ｋｍ上流で河川とつながっている沼で、三平さんが釣りをしていたところ、コイに混じってカレイが釣れた。コイとカレイにおける外界の塩類濃度の変化に対する体液の塩類濃度の変化が図１のような関係となるとき、図中の（ク）・（ケ）に入る魚類とこの沼の塩類濃度の組合せとして最も適当なものを、下の①～⑧のうちから一つ選べ。ただし、沼の塩類濃度は場所や深さによらず一葉であるとする。

獲得免疫には、（d）細胞性免疫と、抗体のはたらきによる（e）体液性免疫があり、体内から病原体や毒物を排除している。

問４　下線部（d）細胞性免疫に関連して、次の文章中の（コ）～（シ）に入る語句の組合せとして最も適当なものを、下の①～⑧のうちから一つ選べ。

体内に侵入した抗原は図２に示すように、免疫細胞Ｐに取り込まれて分解される。免疫細胞ＱおよびＲは抗原の情報を受け取り活性化し、免疫細胞Ｑは別の免疫細胞Ｓの食作用を刺激して病原体を排除し、免疫細胞Ｒは感染細胞を直接排除する。免疫細胞の一部は記憶細胞となり、再び同じ抗原が体内に侵入すると急速で強い免疫応答が起きる。免疫細胞Ｐは（コ）であり、免疫細胞Ｑは（サ）である。免疫細胞Ｐ～Ｓのうち記憶細胞になるのは（シ）である。

　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　図２

 

下線部（e）体液性免疫に関連して、抗体の産生に至る免疫細胞の相互作用を調べるため、実験１を行った。実験１の結果の説明として最も適当なものを、下の①～⑤のうちから一つ選べ。

実験１　マウスからリンパ球を採取し、その一部をＢ細胞およびＢ細胞を除いたリンパ球に分離した。これらと抗原とを図３の培養の条件のように組み合わせて、それぞれに抗原提示細胞（抗原の情報リンパ球に提供する細胞）を加えた後、含まれるリンパ球の数が同じになるようにして、培養した。４日後に細胞を回収し、抗原に結合する抗体を産生している細胞の数を数えたところ、図３の結果が得られた。

①　Ｂ細胞は、抗原が存在しなくても抗体産生細胞に分化する。
②　Ｂ細胞の抗体産生細胞への分化には、Ｂ細胞以外のリンパ球は関与しない。
③　Ｂ細胞を除いたリンパ球には、抗体産生細胞に分化する細胞が含まれる。
④　Ｂ細胞を除いたリンパ球には、Ｂ細胞を抗体産生細胞に分化させる細胞が含まれる。
⑤　Ｂ細胞を除いたリンパ球には、Ｂ細胞が抗体産生細胞に分化するのを妨げる細胞が含まれる。

Ａ　生態系では、光合成、呼吸、食物連鎖などの様々な過程をとおして（a）物質が循環し、この循環に伴い（b）エネルギーが移動している。

生態系の代表的な生産者の種類はバイオームによって異なる。例えば、温帯のバイオームであるステップでは（ア）、暖温帯のバイオームである硬葉樹林では（イ）、熱帯・亜熱帯のバイオームである雨緑樹林では（ウ）が、代表的な生産者である。

問１　上の文章中の（ア）～（ウ）に入る語句として最も適当なものを、次の①～⑨のうちから一つずつ選べ。

①イネのなかま　②オリーブ　③サボテン類　　④タブノキ　　⑤地衣類　　⑥チーク　　⑦トドマツ　　⑧ヒルギ類　　  ⑨ブナ

下線部（a）に関連して、図１は生体を構成するある主要な元素の生態系における移動を矢印で示したものである。図中の（エ）～（キ）に入る語と（ク）に入る矢印の向きの組合せとして最も適当なものを、下の①～⑧のうちから一つ選べ。

下線部（ｂ）に関する記述として最も適当なものを、次の①～④のうちから一つ選べ。

①　熱エネルギーの一部は、生物によって化学エネルギーに変換される。
②　生態系内を流れるエネルギーは、最終的には熱エネルギーとなって生態系外へ出ていく。
③　熱エネルギーの一部は、生物によって光エネルギーに変換される。
④　植物は熱エネルギーを放出しない。

大気中の二酸化炭素は、（ケ）や（コ）などとともに、温室効果ガスとよばれる。化石燃料の燃焼などの人間活動によって、図２のように大気中の二酸化炭素濃度は年々上昇を続けている。また、陸上植物の光合成による影響を受けるため、大気中の二酸化炭素濃度には、周期的な季節変動がみられる。図３のように、冷温帯に位置する岩手県の綾里の観測地点と、亜熱帯に位置する沖縄県の与那国島の観測地点とでは、二酸化炭素濃度の季節変動のパターンに違いがある。

問４　上の文章中の（ケ）・（コ）に入る語として適当なものを、次の①～⑦のうちから二つ選べ。ただし、解答の順序は問わない。

①　アンモニア　　②　エタノール　　③　酸素　　④　水素　　⑤　窒素　　⑥　フロン　　⑦　メタン

次の文章は、図２・図３をふまえて、大気中の二酸化炭素の変化について考察したものである。（サ）～（ス）に入る語の組合せとして最も適当なものを、下の①～⑧のうちから一つ選べ。

2000年～2010年における大気中の二酸化炭素濃度の増加速度は、1960～1970年に比べて（サ）。また、亜熱帯の与那国島では、冷温帯の綾里に比べて、大気中の二酸化炭素濃度の季節変動が（シ）。このような季節変動の違いが生じる一因として、季節変動が大きい地域では、１年のうちで植物が光合成を行う期間が（ス）ことが挙げられる。