共通テスト（理科） 過去問
令和6年度（2024年度）追・再試験
問145 (生物（第6問） 問5)

ルビスコ(Rubisco）は、カルビンベンソン回路で二酸化炭素を反応系に取り入れる酵素です。

【ルビスコの特徴】
・二酸化炭素(無機物)を取り込み有機物にする。
・地球上で一番多い酵素とされる。
・触媒効率が悪く、反応が遅い。
・酸素とも結合・反応してしまう(光呼吸)

図1から読み取れる情報と合わせて、選択肢を見ていきましょう。

【a】適切です。
図1から、植物の進化(シアノバクテリア→藻類→シダ植物→被子植物)に従って、低いCO₂濃度での反応速度が高くなっていることが読み取れます。

【b】適切です。
図1から、藻類はCO₂濃度が0.6％ほどで反応速度が最大に達しています。藻類が出現した15億年前のCO₂濃度は3％ほどなので、当時のCO₂濃度であれば藻類の反応速度は最大に達していたといえます。

【c】不適です。
図1から、被子植物はCO₂濃度が0.4％ほどで反応速度が最大に達しています。現在のCO₂濃度は0.03％ほどなので、現在の大気では被子植物の反応速度は最大値に達しないといえます。

【d】不適です。
図1のCO₂濃度が0～0.1％のときの反応速度を見ると、CO₂濃度の上昇で急激に反応速度が高まっている(グラフの傾きが大きい)といえます。よって、現在の0.03％から0.08％にCO₂濃度が上昇すると、CO₂固定速度に大きく影響するといえます。

したがって正解はaとbです。

＜a＞

昔から現在にかけて、大気中のCO₂濃度は低下しています。

そして、図２では、シアノバクテリア→藻類→シダ植物→被子植物の順に、低いCO₂濃度でもルビスコがよく働くようになっています。

つまり、CO₂が減っていく→低いCO₂でも効率よく働くルビスコが有利になる→そのような生物が進化したと考えられます。

よって、＜a＞＝正しいと言えます。

＜b＞

藻類が出現した約15億年前は、現在よりもCO₂濃度がかなり高く、約3％だったと考えられます。

図２を見ると、藻類のルビスコはCO₂濃度が約1％くらいで、すでに反応速度がほぼ最大になっています。

したがって、当時の約3％という高いCO₂濃度では、ほぼ最大速度で働いていたと考えられます。

よって、＜ｂ＞＝正しいと言えます。

＜c＞

現在のCO₂濃度は、約0.03~0.04%です。

被子植物のルビスコは低いCO₂濃度でも働きやすくなっていますが、図２を見ると、現在のCO₂濃度ではまだ最大速度に達していません。

よって、＜ｃ＞＝誤りとなります。

＜d＞

現在のCO₂濃度は約0.04％ですが、図２では、0.03％→0.08％とCO₂濃度が上がると、被子植物のルビスコの反応速度もさらに上昇しています。

したがって、「0.08％になっても影響しない」とはいえません。

よって、＜ｄ＞＝誤りとなります。

この問題は、地球大気中のCO₂濃度の変化と、光合成生物がもつルビスコのCO₂濃度に対する性質との関係を読み取り、進化との関連を考察できるかを問う問題です。

【aの解説】正しい

図1より、地球の歴史の中で大気中のCO₂濃度は徐々に低下しています。

図2では、シアノバクテリアよりも藻類、藻類よりもシダ植物、シダ植物よりも被子植物のルビスコの方が、低いCO₂濃度で反応速度が高くなっています。

このことから、CO₂濃度の低下に伴って、低濃度のCO₂でも効率よくCO₂を固定できるルビスコをもつ光合成生物が進化したと考えられます。

したがって、この記述は正しいです。

【ｂの解説】正しい

図1より、藻類が出現した約15億年前の大気中のCO₂濃度は約3％です。

図2では、藻類のルビスコはCO₂濃度が約1％付近ですでに反応速度がほぼ最大に達しており、3％では十分に飽和して最大値に近い反応速度を示すと考えられます。

したがって、この記述は正しいです。

【ｃの解説】正しくない

図1より、現在の大気中のCO₂濃度は約0.03〜0.04％です。

図2では、被子植物のルビスコは低いCO₂濃度でも反応しますが、現在のCO₂濃度ではまだ最大反応速度には達していません。

したがって、この記述は誤りです。

【ｄの解説】正しくない

図2より、被子植物ではCO₂濃度が0.03％付近から0.08％程度まで上昇すると、ルビスコによるCO₂固定速度はさらに増加することが読み取れます。

そのため、CO₂濃度が0.08％程度まで上昇しても反応速度に影響がないとはいえません。

したがって、この記述は誤りです。

以上より、aとｂの選択肢を選びます。