単位「細胞」を基軸とした動物体の成り立ち
★★ 2011年度〜 実演生物学:実験講義の実践展開 ★★
(担当 東京海洋大学 海洋科学部 羽曽部正豪)

魚類培養細胞による形態形成に関する基礎実験 (通称:お絵描き実験)
〔 The Minimum Essential Factors in Biology Education:MEF-BE 〕


本シートでは、目次/構成本編の概要と特徴 を説明する:各部(本論)へは下記の「目次/工程 項目」の文字列で移動する。 本講義では「魚類培養細胞を用いた細胞実験」を行なう。その実験方法 (材料と方法) や役割/意義に関する図説解説は、下記[1]の文字列をクリック。また、実際に実践の場で用いた講義スライドを参照する時は[2]の文字列をクリック。

1. 細胞実験キットの取扱いと実験実技 図解集  2. 実験講義に用いたスライド一覧へ移動
3. [目次一覧]へ移動
 4.[配布テキスト-1-PDF]へ移動 5.[配布実技マニュアル-1-PDF]へ移動


<実践展開の工程と概要
  * 実験講義を受講する上での諸注意 :「ここ」をクリック:講義スライド一覧へ

1日目の構成 (下記項目をクリックで対応シートへ移動)
 Ch.1 序論、Ch.2 導入(1)、Ch.3 実験観察、Ch.4 実験考察、Ch.5 まとめ/考察

2日目の構成 (下記項目をクリックで対応シートへ移動)
 Ch.6 導入(2)、Ch.7 発展-1、Ch.8 発展-2、Ch.9 演習-1

3日目の構成 (下記項目をクリックで対応シートへ移動)
  選択学習: A.マクロ組織 、or  B.細胞生理、 or  C.比較解剖学

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1日目の構成

Ch.1 序論(通読項目)・・(約15分)

 □ 1(命題1) 科学と共有命題:1) 定義と論理性、2) 生物学の課題
 □ 2(命題2) 実験学習の枠組み:1) 体の成り立ち、2) 実験学習の概要
 □ 3(要約1) 実験学習の目標

概要:本章「序論」は通読項目である。言わば「準備体操」。実験講義を始める前に自主的に通読し本実験学習に対するイメージを掴む。実験講義の終了後、その意味するところに頷くようになる事を期待したい。

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Ch.2 導入(1)・・(約45分)

 □ 1(解説1) 基本実験(Exp.A:お絵描き実験)
       :1) 概要とロジック、2) 実験方法の概要(基本4工程)
        3) 培養時間の取り扱い
 □ 2(Exp.A) 実技Step1:ゼラチン塗抹
 □ 3(協議1Q1.身近な生体物質
       :1) 骨切り実験、2) 加熱実験、3) 変性とは
 □ 4(学習1) 実験材料の基本的な性質
 □ 5(学習2) 動物細胞と培養技術
       :1) 培養細胞・細胞培養、2) 培養細胞の特徴、
 □ 6(要約2) 生体物質の基本区分:細胞と細胞間物質(ECM)

概要本章「導入-1」では、(1) 本実験講義の柱となる「魚類培養細胞による形態形成に関する基礎実験:通称 お絵描き実験」の概要を解説する。(2) 5工程からなる本実験の初期段階を実施する。(3) 主要材料に対する見方・考え方も考察する。

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Ch.3 実験観察・・(約150分:90分+60分)

 □ 1(Exp.A) 実技Step2, Step3-1
       :血清アルブミン処理、細胞液の添加/培養
 □ 2(協議2Q2.実験観察「再生医学」
       :映像実験「耳ネズミ」との類似性
 □ 3(Exp.B) 細胞運動と形態観察(細胞のライブ観察:スリット培養法)

・・1日目昼休み:以下は午後・・

 □ 4(Exp.A) 実技Step3-2:底面状態の確認
 □ 5(解説2) 細胞の形態変化:接着・伸展と足場依存性
 □ 6(協議3Q3.「1粒2粒3粒」の細胞:Nature、Science、Cell
 □ 7(学習3) 細胞運動の仕組み(足場、接着装置、細胞骨格/アクチン、仮足)
 □ 8(要約3) 生きているとは (時間と自律性):培養細胞のイメージ
 □ 9(Exp.A) 実技Step3-3(培養液交換)

概要本章「実験観察」では、「お絵描き実験」の実技工程を引き続き実施する。実際に培養細胞を扱い、細胞培養を行なうので、生きている動物細胞の姿(細胞像)も平行して確認する。つまり、顕微鏡で細胞像をスクリーンなどに投影し、生細胞の動き/形態変化などを観察協議する。関連して「細胞培養」に関わるトピックスについても話し合う。結果的に「生細胞に対する基本的なイメージ」を構築する。

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Ch.4 実験考察・・(60分)

 □ 1(協議4Q4.実験条件の考察:基質状態と細胞接着の関係
 □ 2(学習4) 実験の仕組みと材料の役割(Col, Alb, Ca2+)
 □ 3(協議5Q5.対照実験:確かめるとは(肯定のための否定作業)
 □ 4(協議6Q6.高密度細胞培養の行方(自律、協調、戦略的)
 □ 5(Exp.A) 実技Step3-4:接着強度の確認、顕微鏡観察
 □ 6(学習5) 細胞接着の仕組み
       :ECM、膜蛋白/構造、インテグリン、Ca2+

概要前章 3-4(Exp.A) 実技Step3-2:底面状態の確認、により、「お絵描き実験」に対するイメージは明瞭である。本章Ch.4「実験考察」では、なぜ本実験が可能かについて、考察する。つまり、幾つかのクイズを基に「材料の細胞に対する特性」を協議する。結果的に、科学実験の進め方について、その一端を確認する。

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Ch.5 まとめ/考察・・(約60分)

 □ 1(要約4) 細胞の基本的性質:接着/伸展/移動/配列
 □ 2(協議7Q7.細胞の意義:単位の必然性と形
 □ 3(学習6) 細胞シートと体構造(上皮組織):体構造の概念化
 □ 4(解説3) 発生過程のシート構造
 □ 5(協議8) 球状細胞シート(山科概念図)と体構造
 □ 6(協議9Q9.レポートと実験科学論:論文形式5項目
 □ 7(Exp.A) 実技Step4:固定と染色

概要本章「まとめ/考察」では、本編「培養細胞実験」から得られた実験結果に基づき、動物細胞の基本的な性質を確認する。同時に、培養細胞と生体組織細胞の基本的な類似性を考察し、細胞レベルから「生体の成り立ち」に対する基本的な視点を構築する。お絵描き実験に対する「まとめ」である。つまり、実験科学論の基づき構成された本編実験学習に対する考察を行なう。

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2日目の構成

Ch.6 導入(2):細胞標本の観察・・(約60分)

 □ 1(Exp.A)実技Step5 (染色標本の観察)
 □ 2(Exp.C)培養細胞の位相差観察
        (生細胞シート、胞状細胞シート、細胞分裂)
 □ 3(Exp.D)細胞の蛍光観察(DNA, Act, Tub, Mt.)
 □ 4(Exp.E)マクロ組織HE染色標本の観察
 □ 5(Exp.F)等張ホルマリンによる固定細胞の観察

概要本章「導入(2):細胞標本の観察」では、前日の経緯を踏まえ、実験的に作成した「細胞染色標本の観察」を行なう。関連させ、目次表記のような項目も、適時、講義内容に関連させ実施する(時間的な制限に配慮)。前日の概要を確認し本日の展開への糸口とする。

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Ch.7発展-1:細胞が生きる仕組み(生育条件と環境)・・(約60分)

 □ 1(協議10Q10.動物細胞と細菌の違い(技術と性質)
 □ 2(学習 7) 生体組織と細胞:組織の基本構造(上皮細胞、基底膜、極性)
 □ 3(学習 8) 細胞が生きる仕組み:培養3要素+α(生体との類似性)
 □ 4(解説 4) 血液成分と生理活性物質(細胞増殖因子)
 □ 5(協議11Q11.低密度細胞培養の行方
 □ 6(学習 9) 細胞周期と細胞分裂:分裂増殖、接触阻害、細胞シート
 □ 7(協議12Q12.細胞の分化:腸上皮細胞の培養と組織化
 □ 8(協議13Q13.止血反応:血小板、基底膜、細胞増殖因子、損傷治癒
 □ 9(解説 5) コラーゲンと生体反応
        :壊血病、コラーゲン合成、体温、多細胞化

概要本章「発展-1」では、動物細胞の位置付けを多面的に考察する。その基本的な視点は「細胞が生きる仕組み」であり、培養細胞と生体組織細胞の両面から考察する。発展的には幾つかの「生体現象」を取り上げ、それら事象を考察する視点の提供をこれまでの実験学習から導き出す。基本単位「細胞」の基本的性質の重要性を確認する。

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・・2日目:お昼休み・・

Ch.8 発展-2: 生体構造(細胞-組織-器官)の概念化はなぜ必要?・・(約90分)

 □ 1(解説 6) 細胞構造
        :1)膜系シート構造と共生進化、2)細胞骨格と接着結合
 □ 2(作図 A) 細胞構造:細胞装置と細胞くん
 □ 3(解説 7) 形態の原型(ヘッケルとローマー):咽頭胚とボトルネック
 □ 4(作図 B) 体の管状構造:体の中の「部位/形状/名称/繋がり・・・」
 □ 5(協議14Q14.器官系11区分と2系6要素+α
 □ 6(協議15Q15.細胞は何をしている?(細胞生理学、細胞生物学)
 □ 7(要約 5) 生物学の論理性とABC

概要本章「発展-2: 生体構造の概念化」では、これまで扱ってきた「細胞・組織・器官」について、その「見方/考え方/進め方」について、改めて話し合いを行なう。つまり、生物特有の模式図(細胞構造や体内構造)とは、どのような概念化から成り立っているかを解説/協議する。その目的は、経験科学として概念化された古典的な学理体系の重要性を再考するためである。結果的に、本編の主題「細胞」の見方/考え方/進め方、例えば「細胞の分子生物学」とは、誰もが納得できる従来の枠組みに位置付けされるものであり、生命科学に特有の専門性は、現在においてもそのクラシックな共有命題を必要とすることを再確認するためである。生物学にも他学と同様に最低必須要素があることを思い浮かべるためである。

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Ch.9演習-1:マクロ組織の話し合い・・(約120分)

概要本章「演習-1:マクロ組織の話し合い」では、姿形が明瞭な魚類の全載組織標本(マクロ組織ヘマトキシリン エオシン染色標本:図9.1)を材料に、これまで実験学習の対象とした「細胞レベルに基づく生体の成り立ち」を実際に演習として確認する。話し合い/協議を通じて「体の見方」を体験する。

 □ 1(協議16Q.16.疑問を大切にする。
 □ 2(解説 8) 実体を見る考える:マクロ組織に対する視点7項目
 □ 3(作図 C) 体の隙間はどこにある:上皮/中皮/内皮と胚葉性
 □ 4(解説 9) 主要器官のシート構造
 □ 5(検証 1) 疑問に答える:考える。

概要

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・・2日目:終了・・・・・・・・・・


3日目の構成

3日目. 選択学習: A.マクロ組織 or B.細胞生理 or C.比較解剖学

概要3日目は、前日の経緯から、Ch.9 演習-1「A.マクロ組織の話し合い」を更に継続実施する(を基本とする)。各自が標本の顕微鏡観察し、主要な観察部位の実体を評価する。用いる「マクロ組織HE染色標本」は1個体の連続切片として作成されている。よって、体内構造を立体的に考察することも可能である。
 しかし、状況に応じて、下記のような「B.細胞生理」や、器官系の実体確認の観点から「C.比較解剖学」の実験観察(魚類解剖実験等)を組み込むことも有効である。

Ch.B 細胞生理(発展実験と考察:恒常性と細胞構造)
 □ 1(Exp.F) 実験D:浸透圧実験(等張固定実験)
 □ 2(協議17Q17.生きているとは?/等浸透状態とは?:図説「赤血球」
 □ 3(学習10)膜構造と物質代謝:Naポンプ、能動輸送、ATP合成、代謝回路
 □ 4(学習11)シグナル伝達:レセプターと情報伝達、癌化の仕組み
 □ 5(学習12)生体物質:蛋白合成の仕組み

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★★ 本編の概要と特徴 ★★

 本テキストは、2011年、学外受講者向け実験講義(多くはSPP)の場において配布した印刷テキストそのものである。実験講義を進めるに必要な最低限の資料(課題項目、基本解説図、など)を時系列で配置した。その概要と特徴は、下記の箇条書項き項目である。なお、実技実験のため「図説実験マニュアル」も配布した。
 しかし、実際の講義進行では、テキスト内容を補足するため、解説用スライド(PPT資料/スクリーン投影)を数多く用い進めたことから、つまり、それらの資料は本編の基本シートにおいても未掲載である。
 そこで、Webテキスト化においては、それら一連の講義資料(PPT資料)を別様(連続スライド図説形式)で参照可能なものとした。参照する場合は、各章シート「目次」の下に記した「・・・本章の講義解説に用いた一連のスライドは、ここクリックし参照・・・」から展開する。または [ココ] をクリックし実際に参照。
 サムネール形式で連続的に講義に用いたスライドを参照することが可能である。但し、スライド集であるため、その連続性を理解するには、本論テキストに基づく概要理解が必要である。

  1. 本実験講義では、その基幹実験として「お絵描き実験(Exp.A)」を行なう。その実技実験の進行状況に対応させ、「目次」のような講義解説を進める。
  2. 実施項目は「命題、解説、実技(Exp)、協議、学習、作図、要約」の区分で行なう。
  3. 「解説、学習」では、記憶に留めたい事項を解説するが、重要な用語は空欄への書き込み作業とした。
  4. 「協議」では、呈示される特定の課題や質問について、ヒントを基に質疑応答(グループ協議)を行ない、結果的には、その概要/結果を発表する。
  5. 「作図」では、生物学特有の体内構造や細胞構造などについて、その概念化を図り且つ作図作業を行なう。模式図/概念図の意味する事を考察する。
  6. 本実験講義で重要な事は、「疑問は大切にする」である。時々にひらめく自由な発想/思いつきは「メモ」し、適時、協議の対象とする。
  7. 主要なキーワード:科学 生物学 動物細胞 基本的性質、足場依存性培養細胞、細胞シートウラ/オモテ 細胞培養3要素2系6要素-器官系11区分細胞生理11区分 細胞の分子生物学 遺伝の基本
  8. 本実験講義の目的は、動物細胞の基本的性質を導き出すこと。つまり、
    1)動物細胞の基本的性質は、_____性(漢字4文字)である。
    2)動物細胞は、細胞___(カタカナ3文字)を形成する、である。
    3)更に、その意味・意義を検証することである。
  9. 本文中に上記のような空欄(書き込み項目)があるが、その記入例を参照するには隣接する<記入例参照>の文字列をクリックする。同様に、空欄のある挿入図場合は、図をクリックして拡大し、「関連資料」を参照で確認する。
       上記の例:<記入例参照

<以上、「Ch.0」は完了:先頭行へ移動 


<記入例>
本実験講義の目的は、動物細胞の基本的性質を導き出すこと。つまり、
1)動物細胞の基本的性質は、_足場依存性_(漢字4文字)である。
2)動物細胞は、細胞_シート_(カタカナ3文字)を形成する、である。
3)更に、その意味・意義を検証することである

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<目次一覧>

Ch.1 序論(通読項目)・・(約15分)
 □ 1(命題1) 科学と共有命題:1) 定義と論理性、2) 生物学の課題
 □ 2(命題2) 実験学習の枠組み:1) 体の成り立ち、2) 実験学習の概要
 □ 3(要約1) 実験学習の目標

Ch.2 導入(1)・・(約45分)
 □ 1(解説1) 基本実験(Exp.A:お絵描き実験)
       :1) 概要とロジック、2) 実験方法の概要(基本4工程)
        3) 培養時間の取り扱い
 □ 2(Exp.A) 実技Step1:ゼラチン塗抹
 □ 3(協議1Q1.身近な生体物質
       :1) 骨切り実験、2) 加熱実験、3) 変性とは
 □ 4(学習1) 実験材料の基本的な性質
 □ 5(学習2) 動物細胞と培養技術
       :1) 培養細胞・細胞培養、2) 培養細胞の特徴、
 □ 6(要約2) 生体物質の基本区分:細胞と細胞間物質(ECM)

Ch.3 実験観察・・(約150分:90分+60分)
 □ 1(Exp.A) 実技Step2, Step3-1
       :血清アルブミン処理、細胞液の添加/培養
 □ 2(協議2Q2.実験観察「再生医学」
       :映像実験「耳ネズミ」との類似性
 □ 3(Exp.B) 細胞運動と形態観察(細胞のライブ観察:スリット培養法)
 □ 4(Exp.A) 実技Step3-2:底面状態の確認
 □ 5(解説2) 細胞の形態変化:接着・伸展と足場依存性
 □ 6(協議3Q3.「1粒2粒3粒」の細胞:Nature、Science、Cell
 □ 7(学習3) 細胞運動の仕組み(足場、接着装置、細胞骨格/アクチン、仮足)
 □ 8(要約3) 生きているとは (時間と自律性):培養細胞のイメージ
 □ 9(Exp.A) 実技Step3-3(培養液交換)

Ch.4 実験考察・・(60分)
 □ 1(協議4Q4.実験条件の考察:基質状態と細胞接着の関係
 □ 2(学習4) 実験の仕組みと材料の役割(Col, Alb, Ca2+)
 □ 3(協議5Q5.対照実験:確かめるとは(肯定のための否定作業)
 □ 4(協議6Q6.高密度細胞培養の行方(自律、協調、戦略的)
 □ 5(Exp.A) 実技Step3-4:接着強度の確認、顕微鏡観察
 □ 6(学習5) 細胞接着の仕組み
       :ECM、膜蛋白/構造、インテグリン、Ca2+

Ch.5 まとめ/考察・・(約60分)
 □ 1(要約4) 細胞の基本的性質:接着/伸展/移動/配列
 □ 2(協議7Q7.細胞の意義:単位の必然性と形
 □ 3(学習6) 細胞シートと体構造(上皮組織):体構造の概念化
 □ 4(解説3) 発生過程のシート構造
 □ 5(協議8) 球状細胞シート(山科概念図)と体構造
 □ 6(協議9Q9.レポートと実験科学論:論文形式5項目
 □ 7(Exp.A) 実技Step4:固定と染色

Ch.6 導入(2):細胞標本の観察・・(約60分)
 □ 1(Exp.A)実技Step5 (染色標本の観察)
 □ 2(Exp.C)培養細胞の位相差観察
        (生細胞シート、胞状細胞シート、細胞分裂)
 □ 3(Exp.D)細胞の蛍光観察(DNA, Act, Tub, Mt.)
 □ 4(Exp.E)マクロ組織HE染色標本の観察
 □ 5(Exp.F)等張ホルマリンによる固定細胞の観察

Ch.7発展-1:細胞が生きる仕組み(生育条件と環境)・・(約60分)
 □ 1(協議10Q10.動物細胞と細菌の違い(技術と性質)
 □ 2(学習 7) 生体組織と細胞:組織の基本構造(上皮細胞、基底膜、極性)
 □ 3(学習 8) 細胞が生きる仕組み:培養3要素+α(生体との類似性)
 □ 4(解説 4) 血液成分と生理活性物質(細胞増殖因子)
 □ 5(協議11Q11.低密度細胞培養の行方
 □ 6(学習 9) 細胞周期と細胞分裂:分裂増殖、接触阻害、細胞シート
 □ 7(協議12Q12.細胞の分化:腸上皮細胞の培養と組織化
 □ 8(協議13Q13.止血反応:血小板、基底膜、細胞増殖因子、損傷治癒
 □ 9(解説 5) コラーゲンと生体反応
        :壊血病、コラーゲン合成、体温、多細胞化

Ch.8 発展-2: 生体構造(細胞-組織-器官)の概念化はなぜ必要?・・(約90分)
 □ 1(解説 6) 細胞構造
        :1)膜系シート構造と共生進化、2)細胞骨格と接着結合
 □ 2(作図 A) 細胞構造:細胞装置と細胞くん
 □ 3(解説 7) 形態の原型(ヘッケルとローマー):咽頭胚とボトルネック
 □ 4(作図 B) 体の管状構造:体の中の「部位/形状/名称/繋がり・・・」
 □ 5(協議14Q14.器官系11区分と2系6要素+α
 □ 6(協議15Q15.細胞は何をしている?(細胞生理学、細胞生物学)
 □ 7(要約 5) 生物学の論理性とABC

Ch.9演習-1:マクロ組織の話し合い・・(約120分)
 □ 1(協議16Q.16.疑問を大切にする。
 □ 2(解説 8) 実体を見る考える:マクロ組織に対する視点7項目
 □ 3(作図 C) 体の隙間はどこにある:上皮/中皮/内皮と胚葉性
 □ 4(解説 9) 主要器官のシート構造
 □ 5(検証 1) 疑問に答える:考える。

3日目. 選択学習: A.マクロ組織 or B.細胞生理 or C.比較解剖学
 Ch.B 細胞生理(発展実験と考察:恒常性と細胞構造)
 □ 1(Exp.F) 実験D:浸透圧実験(等張固定実験)
 □ 2(協議17Q17.生きているとは?/等浸透状態とは?:図説「赤血球」
 □ 3(学習10)膜構造と物質代謝:Naポンプ、能動輸送、ATP合成、代謝回路
 □ 4(学習11)シグナル伝達:レセプターと情報伝達、癌化の仕組み
 □ 5(学習12)生体物質:蛋白合成の仕組み

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