Plant / Photosynthesis / Respiration
植物は、昼に作り
夜に使う。
光がある昼は、植物は CO2 を使って栄養と O2 を作ります。
光がない夜は、栄養と O2 を使って呼吸し、栄養不足が続くと弱って枯れ、余裕があれば少しずつ成長します。
植物の代謝シミュレーション
昼は光合成で CO2 を消費し、栄養と O2 を作ります。夜は呼吸で O2 と栄養を消費し、CO2 を出します。栄養が尽きると枯れ、余裕があると植物サイズが育ちます。
環境を変える
簡易モデル: 光合成は CO2 + 光 → 栄養 + O2、呼吸は 栄養 + O2 → CO2 として扱います。実際には水、温度、葉面積、気孔、酵素反応なども関係します。
昼は CO2 を使って栄養と O2 を作り、夜は O2 と栄養を使って CO2 を出します。栄養が余ると成長し、尽きると枯れます。
操作: まず昼と夜を切り替えて、栄養と元気度の変化を見てください。次に CO2 や O2 を絞ると、昼でも光合成が進みにくくなったり、夜に弱りやすくなったりします。
Core Idea
植物は、昼にため、夜に使い、その差分で育つ。
光合成で作る量が呼吸で使う量を上回れば栄養が貯まり、植物は少しずつ大きくなります。逆に、夜が長い、CO2 が少ない、O2 が少ない、栄養が足りないと、元気度が下がって枯死へ向かいます。
Model
このページで計算していること
本物の植物全体を再現するのではなく、昼と夜で代謝が切り替わり、成長や枯死にどうつながるかが見えるように単純化したモデルです。
01
昼は光合成
光の強さ、CO2、葉の大きさ、元気度をもとに、昼は CO2 を消費して栄養と O2 を増やします。
02
夜は呼吸
光が弱いほど呼吸の寄与が大きくなり、O2 と栄養を使って CO2 を出します。夜に O2 が足りないと弱りやすくなります。
03
栄養に余裕があると成長
栄養が十分あり、元気度が高いと、余った栄養を使って植物サイズが少しずつ増えます。大きくなるほど昼の生産も増えます。
04
不足すると弱り、尽きると枯れる
栄養不足、夜の O2 不足、昼の CO2 不足が続くと元気度が下がります。栄養がほぼ尽きると枯死として扱います。
Observations
試すと違いが出やすい観察ポイント
単に植物が大きくなるかどうかではなく、どの条件が「昼の収支」を黒字にし、どの条件が夜の消耗を強めるかを見ると、代謝の役割がつかみやすくなります。
明るくて CO2 が多いと栄養がたまる
日光と CO2 が十分あると、昼の光合成速度が上がり、栄養と O2 が増えやすくなります。成長はその余剰から始まります。
夜は O2 と栄養を削る
夜は光合成が止まり、呼吸だけが残ります。O2 が低いまま夜にすると、元気度が下がりやすくなります。
大きい植物は有利だが消費もある
植物サイズが大きいと昼の生産力も上がりますが、夜の呼吸でもある程度のコストがかかります。昼夜の収支差を比べてみてください。
栄養追加で回復できる
弱ってから栄養を足すと、元気度が少し戻り、条件が良ければまた成長に転じます。ただし完全に枯れた後は元の勢いには戻りません。
Next Steps
化学や生命っぽいモデルを広げるなら
このページは植物代謝の入り口です。濃度変化や反応の考え方を別のモデルでも見比べると、何を近似しているかがよりはっきりします。