高1 ／ 生物基礎 ／ bb-09
生態系と物質循環・生物多様性の保全
この単元でできるようになること
- 生態系の構成（非生物的環境・生産者・消費者・分解者）と、作用・環境形成作用を説明できる
- 食物連鎖・食物網、生態ピラミッド（個体数・生物量・エネルギー）を説明できる
- 炭素の循環と窒素の循環（窒素固定・硝化・脱窒）、エネルギーの流れ（循環しない）を区別できる
- 生態系のバランス（復元力・かく乱・キーストーン種）と、生物濃縮・富栄養化を説明できる
- 生物多様性の 3 つのレベルと、その減少の原因（外来生物・乱獲・生息地の分断・地球温暖化）と保全の取り組みを言える
入試での位置づけ
生態系は共通テストで「窒素の循環」（窒素固定細菌・硝化細菌・脱窒素細菌）と「外来生物・キーストーン種・生物濃縮」の知識問題が定番。エネルギーは循環せず熱として出ていく、炭素は循環するという区別、外来生物の具体名（オオクチバス・アライグマ・セイヨウタンポポ）は確実に。
1. 生態系の構成
まずここだけ
生態系 ＝ 非生物的環境（光・水・温度・土壌・大気）＋ 生物的環境（生物群集）
- 作用：非生物的環境 → 生物（光が光合成に影響）
- 環境形成作用：生物 → 非生物的環境（森林が湿度を上げる、土壌をつくる）
| 役割 | 内容 | 例 |
|---|---|---|
| 生産者 | 光合成で無機物から有機物をつくる（独立栄養） | 植物・藻類・シアノバクテリア |
| 消費者 | 他の生物を食べる（従属栄養）。一次消費者（植食）・二次消費者（肉食）… | 動物 |
| 分解者 | 遺体・排出物の有機物を無機物に分解 | 菌類・細菌、ミミズ・ダンゴムシ |
栄養段階：生産者 → 一次消費者 → 二次消費者 → 高次消費者。 食物連鎖（一本の食う・食われる）と食物網（実際は網目状）。 生態ピラミッド：栄養段階が上がるほど個体数・生物量・エネルギーが減る（上位ほど少ない）。
2. 物質の循環とエネルギーの流れ
まずここだけ
炭素の循環：
- 大気中の CO₂ → 光合成で有機物に（生産者）→ 食物連鎖で移動 → 呼吸で CO₂ に戻る（全生物）→ 遺体は分解者が分解して CO₂ に
- 化石燃料の燃焼で大気の CO₂ が増加 → 地球温暖化
窒素の循環（タンパク質・核酸に必要）：
| 過程 | 内容 | 生物 |
|---|---|---|
| 窒素固定 | 大気中の N₂ → アンモニウムイオン NH₄⁺ | 根粒菌（マメ科植物の根と共生）、アゾトバクター、シアノバクテリア |
| 硝化 | NH₄⁺ → 亜硝酸イオン NO₂⁻ → 硝酸イオン NO₃⁻ | 硝化細菌（亜硝酸菌・硝酸菌） |
| 窒素同化 | 植物が NO₃⁻・NH₄⁺ を吸収してアミノ酸・タンパク質を合成 | 植物 |
| 動物 | 植物を食べてタンパク質を得る | |
| 分解 | 遺体・排出物のタンパク質 → NH₄⁺ | 分解者 |
| 脱窒 | NO₃⁻ → N₂（大気へ戻す） | 脱窒素細菌 |
植物は大気の N₂ を直接使えない（根粒菌などの窒素固定が必要）。
エネルギーの流れ：
- 太陽の光エネルギー → 光合成で化学エネルギー → 食物連鎖で移動 → 各段階で呼吸により熱エネルギーとして放出 → 生態系の外へ
- エネルギーは循環しない（一方向に流れて熱として出ていく）。物質（炭素・窒素）は循環する
3. 生態系のバランス
ここまでできれば十分
- 生態系は多少の変動があっても復元力でもとに戻る。大きなかく乱（火山・伐採・外来生物）で戻れなくなることも
- キーストーン種：個体数は少ないが生態系のバランスに大きな影響を与える種。ラッコ（ウニを食べて海藻の森を守る）、ヒトデ（潮間帯で他の生物を食べて多様性を保つ）。除去すると特定の種が増えて多様性が下がる
- 生物濃縮：分解されにくい物質（DDT・PCB・水銀）が食物連鎖を通じて高次消費者に高濃度で蓄積
- 富栄養化：生活排水などで湖や海に窒素・リンが増え、プランクトンが大発生（赤潮・アオコ）→ 酸素不足で魚が死ぬ
- 自然浄化：少量の汚れは微生物の分解で浄化される。限度をこえると汚染
4. 生物多様性とその保全
ここまでできれば十分
生物多様性の 3 つのレベル：
- 遺伝的多様性：同じ種の中の遺伝子の違い
- 種多様性：種の数と割合
- 生態系多様性：森林・湿地・干潟・サンゴ礁などいろいろな生態系があること
減少の原因：
| 原因 | 内容・例 |
|---|---|
| 外来生物 | 人が持ちこんだ生物が在来種を食べる・競争する。オオクチバス・ブルーギル・アライグマ・マングース・セイヨウタンポポ・ヒアリ。特定外来生物は法律で規制 |
| 乱獲 | 獲りすぎで絶滅（ニホンオオカミ・ニホンカワウソ、トキは回復中） |
| 生息地の破壊・分断 | 開発・道路で個体群が小さく孤立 → 近親交配で遺伝的多様性が減り絶滅しやすい |
| 地球温暖化 | 分布の変化、サンゴの白化 |
| 里山の放置 | 手入れがなくなり遷移が進んで里山の生物が減る |
保全の取り組み：
- 絶滅危惧種をレッドリスト（環境省）に載せて保護
- 国立公園・世界自然遺産（知床・白神山地・屋久島・小笠原・奄美）、ラムサール条約（湿地）
- 環境アセスメント（開発前に影響を調査）
- 生態系サービス：生態系から人が受ける恵み（食料・水・木材、気候調節、レクリエーション）→ 保全の理由
- SDGs（持続可能な開発目標）
5. よくある間違い
- 分解者を「動物」だけと思う（中心は菌類・細菌）
- エネルギーが循環すると思う（循環しない。熱として出ていく）
- 植物が大気の N₂ を直接吸収すると思う（窒素固定が必要）
- 硝化と脱窒を逆にする（硝化：NH₄⁺ → NO₃⁻、脱窒：NO₃⁻ → N₂）
- 生物濃縮で「低次の生物ほど濃い」と思う（高次ほど濃い）
- 外来生物を「海外から来た生物すべて」と思う（人が持ちこんだもの。国内移動でも外来）
- キーストーン種を「個体数が多い種」と思う（少なくても影響が大きい種）
6. 自己チェック
- 生産者・消費者・分解者と作用・環境形成作用を言えるか
- 炭素の循環（光合成・呼吸・分解・燃焼）を描けるか
- 窒素固定・硝化・脱窒とその生物を言えるか
- 「エネルギーは循環しない」を説明できるか
- キーストーン種・生物濃縮・富栄養化を例つきで言えるか
- 生物多様性の 3 レベルと減少の原因 4 つを言えるか
7. 小テストへ
→ 小テスト（bb-09）
関連する単元
- 前提：bb-02 光合成・呼吸、bb-08 植生とバイオーム、s3-07 生態系（中学）
- 次に進む：eb-09 地球環境
- ここで使う考え方が出てくる：c-08 環境（中学公民）、g-08 資源（中学地理）
参考資料
- 文部科学省『高等学校学習指導要領（平成30年告示）解説 理科編 理数編』── 「生物基礎」(4) ウ 生態系とその保全
- 環境省「レッドリスト」「特定外来生物等一覧」（https://www.env.go.jp/nature/）
受験のしらべ ／ https://juken-shirabe.com/daigaku/science/bb-09/ ／ 更新 2026-09-12