理科 クイズ — 事実40問と「どうして分かるのか」10問

赤血球が主に運んでいるものはどれですか。

解答 酸素

ヘモグロビンが肺で酸素を受け取り、組織で手放します。人の成熟した赤血球はヘモグロビンをより多く積むために核を捨てているので、自分を修復できず、寿命は数か月ほどです。

光合成は二酸化炭素と水を取り込み、糖のほかに何を出しますか。

解答 酸素

空気中の酸素はほぼすべて光合成がつくったものです。その働きが広まる前の大気には酸素がほとんどなく、増えていった出来事は、すでに酸素なしで暮らしていた生き物にとっては大事件でした。

動植物の細胞で、DNAの大部分はどこに入っていますか。

解答 核

ほとんどですが「すべて」ではありません。ミトコンドリアは自前の小さな環状DNAを持ち、それは母親からのみ受け継がれます。母系をたどれるのは、この性質があるからです。

「Panthera leo」のような学名は何と何でできていますか。

解答 属と種

二語で呼ぶやり方は18世紀のリンネに始まります。属名は大文字、種小名は小文字で、どちらも斜体にします。この約束のおかげで、どの言語で読んでも同じ生き物を指せます。

ミトコンドリアの主な役割はどれですか。

解答 栄養の分子から使えるエネルギーを取り出す

ミトコンドリアは、もともと別に暮らしていた細菌が他の細胞に取り込まれて住みついたものと考えられています。自前のDNAを持つこと、膜が二重であること、自分で分裂することが、その来歴の証拠です。

キノコやカビなどの菌類は、次のどれにより近い仲間ですか。

解答 動物

菌類は系統樹の上では植物よりも動物のほうに近い位置にあります。光合成をせず、動物と同じくグリコーゲンの形で糖を蓄え、細胞壁の材料は昆虫の外骨格と同じキチンです。

自然選択がはたらく相手はどれですか。

解答 生存と繁殖に影響する、受け継がれる変異

受け継がれる形質でなければ、また生存や繁殖に差を生まなければ、選択は働けません。一生のうちに身につけた技術がそのまま子に伝わらないのもそのためです。

抗生物質が効く相手は次のどれですか。

解答 細菌

抗生物質は、細菌にはあって人の細胞にはない構造、たとえば細胞壁を狙います。ウイルスにはそのどちらもないので風邪には効かず、それでも飲めば耐性を広げるだけになります。

食物網は何でできていますか。

解答 生態系の中で生き物をつなぐ「食べる・食べられる」の関係

食物「連鎖」は一本の線で、「網」のほうが実際の姿です。多くの種が複数を食べ、複数に食べられているため、一種を取り除くと誰も予想しなかったところに影響が出ます。

多くの細胞が小さいままでいるのはなぜですか。

解答 表面積が体積より遅く増えるので、やりとりが追いつかなくなるから

幅が二倍になると表面積は四倍、体積は八倍になります。出入りはすべて表面を通るので、大きくなるほど細胞は自分の内側に供給するのが下手になります。

原子の中心には何がありますか。

解答 陽子と中性子からなる原子核

質量のほとんどは原子核にありますが、その核が占める空間は原子に比べてとてつもなく小さいものです。原子が競技場ほどなら、核は中央に置いたエンドウ豆くらいです。

その原子がどの元素かを決めるものはどれですか。

解答 陽子の数

陽子の数が変われば別の「元素」に、中性子の数が変われば「同位体」に、電子の数が変われば「イオン」になります。物質の正体そのものを変えるのは最初の一つだけです。

同位体とは何ですか。

解答 同じ元素で中性子の数が違う原子

同位体どうしは化学的にほぼ同じふるまいをします。化学を決めるのは電子だからです。違いは質量と安定性に出て、放射性炭素年代測定が成り立つのもそのおかげです。

pHが7より小さいとき、その水溶液はどんな状態ですか。

解答 酸性

この目盛りは対数なので、pH4はpH5の十倍、pH6の百倍の酸性です。海や土のpHがわずかに動くだけで大ごとになるのは、そのためです。

化学反応で物質はどうなりますか。

解答 原子は並び替わるだけで、生まれも消えもしない

原子は並び替わるだけで生まれも消えもしないので、化学反応式は両辺が合わなければなりません。薪を燃やしても物質が消えるのではなく、大半は目に見えない気体として出ていきます。

氷が水に浮くのはなぜですか。

解答 水は凍ると体積が増えて密度が下がるから

ほとんどの物質は固体のほうが密度が高くなります。水が例外なのは、凍るときに分子が隙間の多い格子を組むからです。その変わった性質のおかげで湖は上から凍り、その下で生き物が冬を越します。

溶液とは何ですか。

解答 ある物質が別の物質の中に均一に広がった混合物

本当の溶液では、溶けたものが分子の大きさで散らばっているので、沈殿もしなければろ紙にも引っかかりません。泥水のような懸濁液と分かれるのはそこです。

周期表の縦の列は何の役に立ちますか。

解答 化学的に似たふるまいをする元素をまとめる

同じ縦の列の元素は外側の電子の数が同じで、反応するのはその外側の電子です。だからこの並べ方は、まだ発見されていない元素の性質まで言い当てることができました。

沸点より低い温度で液体が蒸発するとき、何が起きていますか。

解答 表面のいちばん速い分子が飛び出している

液体の中の分子の速さはばらばらで、表面のとくに速いものはどんな温度でも飛び出せます。速いものが出ていくぶん残りは冷たくなり、汗が体を冷やすのはこの仕組みです。

触媒は何をしますか。

解答 自分は減らずに反応を速くする

触媒は反応が越えるべきエネルギーの壁を低くし、成功する衝突を増やします。自分は使い減りしないので、ごくわずかな量でも膨大な原料を処理できます。

質量の違う二つの物体を真空中で落とすとどうなりますか。

解答 同じ速さで落ちる

重いものは強く引かれますが、そのぶん加速させにくくもあり、二つの効果がちょうど打ち消し合います。月面で宇宙飛行士がハンマーと羽根を落として実演したことがあります。

重さは影響を受けるが、質量は影響を受けないものはどれですか。

解答 その場所の重力の強さ

質量は「物質の量」でどこへ行っても変わらず、重さはその質量に重力が及ぼす「力」です。同じ人が月では六分の一の重さになるのはそのためです。

エネルギー保存の法則は何を言っていますか。

解答 形は変わっても総量は変わらない

エネルギーは生まれも消えもせず、形が変わるだけです。機械でエネルギーが「失われる」というのは熱になって散らばるという意味で、なくなるという意味ではありません。

稲光が見えてから雷鳴が聞こえるのはなぜですか。

解答 光が音よりずっと速く進むから

光は事実上すぐ届き、音は秒速340メートルほどで届きます。光ってから音が鳴るまでの秒数を3で割ると、おおよその距離がキロメートルで出ます。

虹の色が分かれるのはなぜですか。

解答 波長ごとに水滴の中での曲がり方が違うから

水滴に入るときと出るときで波長ごとに曲がる角度が少し違うため、白い光が帯に広がります。虹はいつも太陽の反対側に立ち、位置は見る人の場所で決まるので、二人がまったく同じ虹を見ることはありません。

摩擦力とは何ですか。

解答 触れ合う面のあいだで運動をさまたげる力

摩擦は見た目のざらつきではなく、ごく小さな規模で表面どうしがかみ合うことから生まれます。歩けるのも摩擦のおかげで、摩擦のない床では足がただ後ろへ滑るだけです。

音が通り抜けられないのは次のどれですか。

解答 真空

音は圧力の波なので、受け渡してくれる粒子が要ります。ふつうは粒子が詰まっている固体でいちばん速く、だから列車の音は空気より先にレールを伝わって届きます。

金属の導線の中で電流をつくっているものは何ですか。

解答 動く電子

電子一つひとつは意外に遅く、一分に数センチほどしか進みません。それでも信号が光に近い速さで伝わるのは、満たされた管の中の水のように、押す力が電線全体に同時に伝わるからです。

同じ温度なのに金属のスプーンが木より冷たく感じるのはなぜですか。

解答 金属のほうが手から熱を速く奪うから

どちらも室温で、違うのは「手の熱をどれだけ速く奪うか」です。手は温度そのものではなく、熱を失ったり得たりする「速さ」を感じています。

温度は何を測った値ですか。

解答 粒子の運動エネルギーの平均

温度は粒子の運動エネルギーの「平均」であって合計ではありません。線香花火の火の粉は風呂の湯よりずっと高温ですが、量が少ないので抱えている熱はごくわずかです。

季節ができるのはなぜですか。

解答 公転面に対して地軸が傾いているから

地軸は「同じ向き」を指したまま公転します。だから半年は北半球が、半年は南半球が太陽のほうへ傾き、同じ日付でも二つの半球の季節が反対になります。

プレートを動かしているのは何ですか。

解答 その下にある熱いマントルのゆっくりした動き

内部の熱がマントルにゆっくりした循環を起こし、硬いプレートがその上に乗って運ばれます。速さは年に数センチですが、何百万年も積もれば海岸線が引き直されます。

水の循環を主に動かしているものは何ですか。

解答 太陽から届くエネルギー

太陽の光が水を蒸発させ、重力が戻します。地球の水はこの輪をすでに何度も回っていて、新しく生まれる水も、失われる水もありません。

堆積岩はどうやってできますか。

解答 粒が層になって積もり、押し固められることで

堆積物が層になって沈み、上の重みで下の層が押し固められます。下の層ほど先に積もったので、その順番が「下から上へ読むカレンダー」になります。

潮の満ち引きを起こしているものは何ですか。

解答 月と太陽の引力

月が大半をつくり、太陽が加勢します。二つが一直線に並ぶときに差がいちばん大きくなるので、潮の満ち引きが大きいのは満月と新月のころです。

オゾン層のはたらきはどれですか。

解答 太陽の紫外線をかなりの部分吸収する

オゾンはDNAを傷つける紫外線を吸収します。1980年代に南極上空で穴が見つかると原因物質を廃止する条約が結ばれ、それ以来オゾン層は少しずつ回復してきました。

地球の大気の大部分を占める気体はどれですか。

解答 窒素

窒素が約78%、酸素が約21%です。窒素がほとんど反応しないのは幸運なことで、大気が酸素だらけだったらたいていの火は消せなくなります。

地震のマグニチュードは何を表していますか。

解答 震源で放出されたエネルギー

マグニチュードは「震源で出たエネルギー」なので、一つの地震に一つだけです。自分のいた場所でどれだけ揺れたかは「震度」という別の値で、そちらは場所ごとに変わります。

とても古い地層の年代はどうやって調べますか。

解答 その中の放射性元素の崩壊を測る

放射性元素は決まった速さで壊れるので、残った量と生じた量の比が時計の役目をします。元素ごとに向く時間の幅が違い、炭素年代測定は五万年ほどより古いものには使えません。

晴れた日に空が青いのはなぜですか。

解答 空気が短い波長を長い波長より多く散乱させるから

短い波長ほど空気の分子に当たって跳ね返るので、青い光が空じゅうから目に入ります。じつは紫のほうがもっと散るのですが、人の目が紫に鈍いので空は青く見えます。

対照群は何のために置きますか。

解答 調べたいところだけが違う比べる相手をつくるため

対照群があってはじめて比較に意味が出ます。ないと、その処置のおかげでよくなったのか、放っておいてもよくなったのかを分けられません。

二つの値が時間とともに一緒に上がりました。ここから言えることはどれですか。

解答 相関がある。それは因果とは別のことである

一緒に上がる理由は、偶然かもしれず、第三の要因が両方を押し上げたのかもしれず、因果が逆向きかもしれません。アイスの売上と水の事故は一緒に増えますが、互いの原因ではなく「夏」が両方の原因です。

科学でいう「理論」はどういう意味ですか。

解答 検証された証拠が厚く積み重なって支えている説明

日常語の「理論」は当て推量に近いのですが、科学ではその正反対の端にあります。繰り返しの検証に耐え、広い範囲の観察を説明できる「枠組み」をそう呼びます。

人を対象にした研究でよく盲検にするのはなぜですか。

解答 自分がどちらの群かを知るだけで結果が変わりうるから

期待は結果を変えます。参加者にとっても、測る研究者にとってもです。だから両方に割り当てを隠す二重盲検が、治療の効果を見るときの標準になりました。

国際単位系(SI)で質量の基本単位はどれですか。

解答 キログラム

キログラムは「実物」で定義された最後の単位でした。フランスに保管された金属の原器がそれで、2019年に自然定数で定義し直され、変わりうる物に頼らなくなりました。

測定値を2.5ではなく2.50メートルと書くと、何が伝わりますか。

解答 小数第二位まで精度があること

末尾のゼロは飾りではなく「その桁まで測った」という意味です。2.5と書けば2.50より粗い精度を申告したことになり、2.500と書けば裏づけられない精度を主張したことになります。

ある主張を科学的なものにしているのは何ですか。

解答 原理として、証拠によって誤りだと示されうること

どんな観察でも反論できない主張は、たとえ正しくても科学の主張ではありません。求められるのは「間違っていること」ではなく「間違いを示しうる結果が存在すること」です。

査読(ピアレビュー)は何のためにありますか。

解答 公表の前に他の専門家が方法と論理を点検するため

査読はふるいであって保証書ではありません。査読者は方法と論理を見ますが実験をやり直すことはまれで、だから載った結果も再現を経てはじめて定説として扱われます。

仮説とは何ですか。

解答 検証できる形で出された説明

仮説は「どんな結果が出たら不利になるか」が決まる程度に具体的でなければなりません。どんな結果でも支持だと言い張れるように書くことが、仮説が検証不能になるいちばんよくある道筋です。

追試(再現)が大事なのはなぜですか。

解答 一度しか出ていない結果は偶然か、その研究の欠陥かもしれないから

一度の研究は、偶然でも、誰も気づかなかった欠陥でも、そういう結果を出しえます。いくつもの分野でよく知られた発見をやり直したところ、かなりの割合が再現しませんでした。だから目を引く研究ひとつは結論ではなく「出発点」です。