共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）追・再試験
問141 (生物（第6問） 問1)

光合成の反応系の進化に関わる問題です。
光合成細菌からシアノバクテリア型の光合成への進化を押さえましょう。

【光合成細菌】
硫化水素と二酸化炭素で光合成をおこなう。
光化学系を1つもつ。

光化学系が1つで十分な光エネルギーを得られないため、水は分解できない。

※光化学系：光エネルギーを吸収し高エネルギーの電子を得る反応系

【シアノバクテリア】
水と二酸化炭素で光合成をおこなう。
光化学系Ⅱと光化学系Ⅰをもつ。

※光化学系Ⅱ：光エネルギーで水を分解、H⁺と電子を得る
　光化学系Ⅰ：光エネルギーで電子を高エネルギー化し、NADPHをつくる

以上を参考に穴埋めをすると以下のようになります(問題文の一部を省略しています)。

光合成細菌は、硫化水素からH^＋と_※1（　ア：電子　）を得て、光合成を行ったが、シアノバクテリアは_※2（　イ:光化学系Ⅱ　）を使って、水からH^＋と（　ア：電子　）を得て、O²を発生する光合成を行った。

※1　ATP：光合成の際にはATPもつくられますが、消費もされるため主な生成物とはいえません。
※2　カルビンベンソン回路：二酸化炭素を固定して有機物を合成する反応。光合成細菌もシアノバクテリアももっている反応系です。

したがって答えは、ア：電子　イ:光化学系Ⅱ　です。

（ア）

光合成では、光エネルギーを使って電子を取り出し、その電子を利用して物質を作ります。最初の光合成細菌は、硫化水素（H₂S）から電子を取り出して光合成を行いました。

そのため、（ア）＝電子となります。

（イ）

シアノバクテリアは、硫化水素ではなく、水から電子を取り出すことができました。

このとき働くのが光化学系Ⅱです。

水から電子を取り出す→酸素が発生する　という仕組みです。

つまり、水→光化学系Ⅱ→電子を取り出す→酸素発生　となります。

そのため、（イ）＝光化学系Ⅱとなります。

光合成には、２つの光化学系があります。

それが、光化学系Ⅰと光化学系Ⅱです。

このうち、水から電子を取り出して酸素を酸素を発生させるのは、光化学系Ⅱです。

そのため、（イ）＝光化学系Ⅱとなります。

また、カルビン・ベンソン回路は、二酸化炭素を利用して、有機物を合成する反応です。

水から電子を取り出す働きをするのは、カルビン・ベンソン回路ではありません。

したがって、（イ）にカルビン・ベンソン回路は入りません。

この問題は、地球初期の光合成の進化と、それに伴う酸素濃度の上昇が生物の進化や地球環境に与えた影響について理解しているかを問う問題です。

【アの解説】電子

光合成では、水素イオン（H⁺）とともに電子が必要です。

初期の光合成細菌は硫化水素（H₂S）を分解してH⁺と電子を取り出していました。

一方、シアノバクテリアは水（H₂O）を分解してH⁺と電子を取り出すようになりました。

そのため、（ア）には「電子」が入ります。

【イの解説】光化学系Ⅱ

シアノバクテリアは光化学系Ⅱをもつことで、水を分解して電子を取り出せるようになりました。

光化学系Ⅰだけでは水を分解することはできません。

また、カルビン・ベンソン回路はCO₂を固定して有機物を合成する反応であり、水を分解する働きはありません。

そのため、（イ）には「光化学系Ⅱ」が入ります。

したがって、（ア）電子、（イ）光化学系Ⅱである選択肢を選びましょう。