高校生物-全か無かの法則

質問

高校生物でよく見られる問題について質問させてください。

「カエルの神経筋標本（ひ腹筋に座骨神経がついたもの）の神経を電気刺激した。刺激の強さが小さいときはわずかな収縮がみられ、刺激の強さを増していくにつれて収縮高も徐々に大きくなっていった。しかし、ある程度の刺激強度以上では、収縮高はそれ以上大きくならなかった。この理由を200字以内で説明せよ。」

という問題があります。
答えは、複数本ある神経繊維、または筋繊維を全体としてみたときには、全か無かの法則には従わないというものです。

ただ、このような場合、または一般的に、神経繊維、筋繊維のどちらについての答えとするのが適当なのでしょうか？

（※とある問題集の解答では、神経繊維についての答えになっています）

回答No.2

thegenus · ベストアンサー

「～ため」の前が理由で、後が解説ですね。質問者さんではなく、そういう原文の書き方が横着です。

「一定」という表現や質問は構わないのですが、それが期待や横着であれば、用心されるべき感覚だと思います。生物は試験管の中のように均質な環境ではないので。

「表面筋電図の基礎」（酒井医療）
「運動単位」
http://www.sakaimed.co.jp/special/kinden/kinden01.html
腓腹筋には、600弱の運動単位があって、統計的な平均値とおもいますが、腓腹筋の一単位が、ざっと2000本の筋繊維で出来ているようですね。

たった一本の神経線維が1000本以上もの筋繊維を刺激できることが多いか少ないか。可能なのにそうしていない筋肉がたくさんあるわけですね。
全か無かの法則に鑑みれば、もしも一本の神経線維で、ある骨格筋全体を支配すると、少しの調節もない運動になってしまいますよね。まるで爆発で扉開くような運動になります。
また体のあちこちにある筋肉それぞれに対して、一本だけ神経線維をつないでいくという投資は大変、勿体ない設計です。しかも回線の予備がないことにもなります。ある日、ぱったり行くのが分かっている状態です。

不可能というよりも、なんとか実現できそう事でも、そうしない方がいいんです。たとえば年金制度みたいに役人一元管理で、1億の家計を支配するなんて、最初から絶滅設計です。個別の細胞に任せれば、自然と適切な配分になるんです。自然なら成人病にもなりません。全体としてもうまく行き、集団間の競争にも勝ちます。お上が決めて、みんなで動く。単細胞の思考です。人体の設計の方が健全です。多少の無駄はあっても致死的な無茶が成立しないんですね。責任おって死ぬから。

ご質問を考えさせていただき、勉強になりました。現実を見れたような気がします。

お礼

意図の伝わりにくい質問だったかもしれませんが、とても丁寧なお答えを頂いてありがとうございます。

まだまだ分からないことも多いですが、少しでも理解を深めることができました。

回答No.1

thegenus

これは、神経線維と筋繊維の一つ一つに固有の閾値があるということが理由ですよね。現実的に考えれば、電気の部品ほど同じような出来にならないのは当たり前ですよね。電気が発達してせいで、その電気を使って評価すれば、一つ一つの違う閾値が際立つのでしょう。

一般的には、という言葉は、あいまいで、ずれが生じそうです。原理として、全か無かの法則の法則は神経線維と筋繊維、という細胞の単位について言えることなのです。それとは別に、それらの集まったものを評価すれば、どちらも、集まったものとしての評価になります。神経と筋肉の違いではなく、一つで見るか、集まり全体を見るか。ですから集まり全体で見れば神経も筋肉も同じことになります。これを一般的というのなら、一般的に神経と筋の両方に言えるでしょう。それらの線維束「線維の集まり」に対して！直接、電気などで刺激を加えた場合は。

この問題の場合は、神経だと思います。神経を電気で刺激したのですよね。神経線維が接合する複数の筋線維の間で閾値が違っていても、その神経線維から筋への刺激量が変るということがなければ、そういう理由付けは始まりません。神経線維は筋繊維へ十分量の刺激を伝達していると思うのですが。

なお「法則に従わない」という論理学馬鹿みたいな解説の方がそもそもおかしいのです。この法則は、一つ一つの細胞に対する法則ですよね。最初から、細胞の集り全体に適用されるものではないのです。その事に注意すべきだ、ならわかるのですが、理由に使ったらダメでしょう。閾値が違うというのが理由です。全ての閾値を越えた後はそれ以上に収縮は強くならない。全部、反応したからね。

補足

ありがとうございます。
なんとか理解できそうです。

神経を刺激した場合、化学な伝達をする連接部を経由するため、筋肉で起こる電気刺激はある程度一律になることを見落としていました。
ということで、神経についての答えで良さそうです。

また、先に挙げた理由については、質問の際、少し横着な書き方をしてしまいました。
「個々の繊維の閾値が異なるため、全体として、一見して全か無かの法則には従わないように見える」などと解説されているようなものだったと思います。

ただ、一つ気になったことがあります。

この実験では、興奮した神経の本数に応じて筋肉の収縮が大きくなった、ということになると思います。
ということは、ひ腹筋のうち、一つの神経に繋がる筋繊維の数は限られていて、収縮させられる本数もそれぞれに一定しているということでいいのでしょうか？

（一本の神経だけでも広範囲の筋肉の塊を一度に収縮させられるわけではないのですね）