大問1　地球環境と光合成の役割

地球上の物質循環は、ある気体を取り込み別の気体を放出する反応と、その逆向きの反応との均衡の上に成り立っている。特に、化石燃料の大量消費のように一方の反応速度が急激に上昇すると、大気組成に変動が生じうる。以下の設問に答えよ。

地球最大の化学反応系と表現されている反応は(1)回答を選択光合成呼吸燃焼発酵である。

物質循環の説明として適切なものはどれか。 (2)回答を選択二酸化炭素を吸収して酸素を発生する反応と、その逆反応の速度のバランスで成り立つ化石燃料の消費量のみで決定される有機物の燃焼だけで均衡が保たれる酸素を吸収して二酸化炭素を発生する反応のみで成り立つ

ある国で化石燃料の大量消費が進み、その逆反応に相当する過程の速度が急激に上昇した。このとき予想される結果として最も適切なものはどれか。 (3)回答を選択光エネルギーの吸収が停止する大気中の二酸化炭素濃度が上昇する大気中の酸素濃度がゼロになる物質循環が完全に停止する

環境変動の緩和策として本文で挙げられている提案の組合せとして正しいものをすべて選べ。 (4)

砂漠のような不適地でも生育可能な植物が開発され、そこでの反応量が増加した場合、それは主としてどの過程の増大を意味するか。 (5)回答を選択光合成分解呼吸燃焼

次の各文について◯か✗か答えなさい。

光合成は人間を含む全生態系をエネルギー的に支えている。(6)回答を選択◯✗

化石燃料の大量消費は物質循環のバランスに影響を与えない。(7)回答を選択◯✗

環境変動の緩和策として、光合成反応を完全に停止させることが提案されている。(8)回答を選択◯✗

大問2　人工光合成と効率をめぐる視点

植物を直接利用せずに反応を模倣しようとする研究が進められている。その内容は、無機材料から生体由来の複合体の再構成まで多岐にわたる。また、近年ある金属クラスターの構造が明らかになったことが、新たな開発の手がかりとなっている。さらに、効率の議論は個々の反応段階だけでなく、環境への応答という観点にも広がりつつある。

植物を直接用いず、反応を模倣する研究分野は(9)回答を選択人工光合成有機合成発酵工学遺伝子組換えと呼ばれる。

人工光合成の系の例として本文に挙げられているものの組合せとして正しいものをすべて選べ。 (10)

近年詳細な構造が明らかとなり、その知見の活用が試みられている対象は(11)回答を選択ATP合成酵素マンガンクラスタールビスコ鉄硫黄タンパク質である。

光エネルギーが電子移動へと変換される段階に直接関わる過程はどれか。 (12)回答を選択燃焼反応色素による光エネルギーの捕集電子伝達反応による化学エネルギー変換電荷分離

ある研究チームが、色素による捕集効率、電荷分離効率、電子伝達から化学エネルギーへの変換効率をそれぞれ個別に最適化した。しかし実際の植物体では、これらの効率だけでは全体の性能は決まらないとされる。その理由として最も適切なものはどれか。 (13)回答を選択人工材料は必ず劣化するため個々の反応は常に停止しているため光エネルギーが存在しないため変動する自然環境に対するシステムとしての応答が全体効率を左右するため

現在の研究段階と将来的な方向性の関係として適切なものはどれか。 (14)回答を選択人工光合成の研究は終了している将来も個々の反応効率のみを考えれば十分である現在すでに環境応答まで完全に再現している現在は個別パーツの模倣が中心だが、将来は環境応答を含むシステム全体の考慮が必要とされている

次の各文について◯か✗か答えなさい。

人工光合成の概念は半導体系から生体由来複合体の再構成まで含む。(15)回答を選択◯✗

現実の植物では個々のパーツの効率だけが全体の効率を決定する。(16)回答を選択◯✗

将来的には植物の環境応答を取り入れた研究の可能性が示唆されている。(17)回答を選択◯✗