したがって、森林が地球の気候の調整に重要な役割を果たしていることがわかります。
しかし、それらの森林について私たちが知っていることのほとんどは、実際には地上で測定できるものに基づいています。
したがって、歴史的には、私のような生態学者がこの場所に来て、見つけた木の幹の数を数え、それらがどの種であるかを特定し、今日ではおそらく宇宙からこの森林の天蓋の特徴を遠隔で感知するでしょう。 。
そしてこれらすべては完全に理にかなっています。
地上では光合成が行われます。
光合成は炭素とエネルギーが森林に入る方法です。
光合成は、樹木が大気中から二酸化炭素を除去する方法です。
しかし、ほとんどの樹木は水や栄養素などの土壌資源によって何らかの形で制限されており、それらの資源にアクセスするには樹木が根を張らなければならないこともわかっています。
そして木は信じられないほどの量の根を張ります。
したがって、一部の森林では、地上の茎や葉と同じかそれ以上のバイオマスが根構造の地下に存在する可能性があります。
数十年にわたる研究の結果、地下の生態学、つまり土壌で何が起こっているかが、森林システムがどのように機能するかを理解するために非常に重要であることが明らかになりました。
しかし、これらの根系をその末端、つまり根系の最も微細な先端までたどって、よく観察すると、つまり顕微鏡が必要になるように、非常に詳しく観察すると、発見することができます。木が植物であることをやめ、菌類になり始める場所。
したがって、地球上のほとんどの樹木は、菌根菌とパートナーシップ、または科学者が共生と呼ぶものを形成しています。
したがって、これは、これまでに撮影されたこれらの生物の最も注目すべき画像の 1 つであると私の意見ではあります。
上部の背景に、真菌の菌糸の密集したネットワークが見えます。
これらは本質的に根に似ていますが、植物ではなく菌類用です。
そして、前景には、これらの信じられないほど多核の真菌の胞子が見えます。これはまったく非現実的に見えますが、間違いなく現実です。
これらは真菌の生殖構造です。
これらは、まったく新しい真菌ネットワークになる可能性があります。
菌根菌は、基本的にすべての植物が限られた土壌資源にアクセスするために不可欠です。
実際、植物が最初に水中での生活から陸上での生活へ進化の移行を行ったとき、根が進化する前にこの共生を進化させたという証拠があります。
したがって、森林とその菌類とのこのパートナーシップは古くからあり、何億年も前に遡ります。
ただし、これらの根は単なる菌類である必要はありません。
それらは、例えば細菌であってもよい。
したがって、この根のネットワーク内のこれらの環状構造は根結節と呼ばれます。
彼らは共生窒素固定細菌を収容しています。
そして、これらの細菌は実際に大気中の窒素ガスを植物が利用できる形に変換し、植物の成長を促進します。
そして土壌生物学の複雑さは止まらない。
したがって、これらの根共生生物は、自由生活の細菌や真菌の分解者、古細菌、原生生物、微細な土壌動物やウイルスのさらに複雑なネットワークに組み込まれています。
土壌群落の生物多様性は驚くべきものです。
私たちは現在、ほんの一握りの土壌に 1,000 種を超える微生物種が容易に共存できることを知っています。
これらすべてが土壌微生物叢です。
これが森林マイクロバイオームです。
これが生態系マイクロバイオームです。
DNA 配列決定技術の進歩により、ついに地下に明かりが灯りました。
DNA により、これらの微生物群集をこれまでにない詳細で、そしてつい最近になって前例のない規模で観察できるようになりました。
しかし、これらの画期的な進歩にもかかわらず、このような一見単純な質問に対する答えはまだわかっていないと思います。
健康な森林微生物叢とはどのようなものでしょうか?私たちは植物よりも人間のほうが、このような質問の答えにはるかに近づいています。
ヒト マイクロバイオーム プロジェクトは、この分野で実際に先導してきました。
つまり、人間の体は微生物の生態系なのです。
私たち一人ひとりの腸内には、驚くほど生物多様性の高い細菌群が存在しており、それが私たちの健康に大きな影響を与えています。
これは、医療微生物学者が DNA 配列決定を使用して数百人の体内にどの細菌が生息しているかを特徴付け、さらに重要なことに、それらの同じ人々の健康上の特徴にも注目したことによって発見されました。
では、彼らは病気なのでしょうか？もしそうなら、何でしょうか？彼らの血圧、消化器系の健康状態、精神的健康状態はどうなっているでしょうか?そして、そのすべての情報を組み合わせることで、微生物学者は健康と病気に関連する細菌の組み合わせを特定し始めることができます。
そして、これらの分析は、ヒトのマイクロバイオーム移植療法の開発のロードマップとなりました。これは本質的には生態系の修復ですが、腸内マイクロバイオームを対象としたものです。
そして、これらの治療法は現在、これらの疾患の一部を治療するために市場に投入されています。
そこで、この研究を参考にして、私のチームは、ヒト マイクロバイオーム プロジェクトのアプローチを森林に適用するとどうなるだろうかと尋ねました。森林の炭素循環について何が発見できるでしょうか?実際に地下微生物の修復を行い、その過程で気候変動と闘うことができる場所を特定することはできるだろうか？過去 3 年間、私たちはまさにそれを実現するためにヨーロッパ中の森林科学者と協力してきました。
これらのそれぞれの場所で、科学者たちは何十年にもわたって森林の健康状態を記録してきました。
そこで私たちは、森林研究のパートナーに、これらの森林のそれぞれに出向いて少量の土壌サンプルを収集するよう依頼しました。その後、それをチューリッヒの私たちの研究室に送り返し、DNAを抽出して配列決定することで、どの微生物が存在するのかを理解することができました。これらの森のそれぞれには、特に菌類が生息しています。
そして最後に、統計と機械学習を使用して、森林にどの微生物が生息しているかを、非常に重要な森林の健康指標、樹木の成長率、地上の炭素回収率と関連付けました。
さて、樹木の成長を促進する環境要因、つまり各場所の温度と湿度、そして背景の場所の肥沃度を制御することがわかっている他の変数を制御すると、特にどの菌類がこれらの樹木の根に定着するかが関連していることがわかりました。これらの木が成長する速さ、大気中から二酸化炭素を除去する速さは 3 倍にもなります。
つまり、別の言い方をすると、これらの相関関係は、同じ気候を経験し、同じ土壌で育つ 2 つの松林が隣り合って存在する可能性があることを意味します。
しかし、そのうちの 1 つがその根元に適切な菌群が定着していれば、隣接する森林の最大 3 倍の速度で成長する可能性があります。
さらに、これらのパターンは、特に高性能な種や株の存在によって引き起こされたものではなく、生物多様性に富んだ完全に異なる真菌群集によって引き起こされました。
したがって、これらの菌類の兆候は、森林菌類のマイクロバイオームを管理し、多くの場合実際に再野生化する機会を示唆しているため、私たちにとって非常に興味深いものです。
では、たとえば、管理された木材林業景観に菌類の生物多様性を再導入することはできるのでしょうか?その過程で、それらの木をより早く成長させることはできるでしょうか?木の幹や土壌にもっと多くの炭素を取り込めるようにすることはできるでしょうか?土壌を野生に戻して気候変動と闘うことはできるのでしょうか?そして、これらは単なる修辞的な質問ではありません。
私たちは実際にこれを始めました。
これは英国のウェールズで行われたフィールド試験の 1 つです。
これは、カーボンコミュニティと呼ばれる慈善団体と協力して運営されています。
広さは 28 エーカー、つまり 11 ヘクタールで、ブロックごとのランダム化対照試験として設定されています。
これは医薬品の治験を行う方法に似ていますが、この場合は人間ではなく樹木が対象です。
そして、ここでは非常に単純な実験を行います。
私たちは通常通り、苗木を地面に直接植えるだけの植樹をするか、植樹の際に一握りの土を加えます。
しかし、それはただの土ではありません。
これは森林から採取された土壌であり、私たちの分析により、潜在的に高性能の菌類が存在することが特定されました。
そこで、これらの場所の一部に微生物の生物多様性を再導入して以来、実際にそれを行った場所では、樹種にもよりますが、樹木の成長と樹幹の炭素捕捉を 30 ～ 70 パーセント加速することができたことが観察されました。
別の言い方をすれば、私たちがこの場所の目に見えない微生物を操作し、再野生化させたことで、その場所全体の仕組みが変わり始めたのです。
ここで、私たちがこれらの発見に本当に興奮しているが、それがまだ初期段階であることも理解していることを強調することが重要です。
私たちは、さらに多くの大規模な実地試験が行われ、さらに多くの場所で、さらに長年にわたるデータが得られることを望んでいます。
しかし、これらの炭素と気候の結果を超えて、ここで最もエキサイティングなことは、野生微生物、在来微生物、そして生物多様性に富んだ微生物の組み合わせを使って実際にこれができることだと思います。
そして、私たちはこのアプローチを林業に向けましたが、この種の科学の原理は、管理されているすべての景観に一般化できる可能性があります。
私たちは、健康な農業マイクロバイオームとはどのようなものなのか、というような質問を始めることができます。食と森林農業の両面から考える。
そして、生物多様性最優先のアプローチがここでは特に強力であると考える理由があります。
それは、農業の歴史が還元主義の実践であったからです。
私たちは、高性能の植物種と系統を特定し、それらを選択的に育種し、現在では遺伝子組み換えを行っています。
そして最後に、私たちはそれらの生物を広大な単一栽培地に植えます。
つまり、ご覧の限り、単一の植物種です。
そして明確にしておきたいのは、これにより非常に生産的な農業生態系が生み出されたということです。
しかし、それによって生み出された生態系は、非常に脆弱であることも私たちは理解し始めています。
異常気象や新たな病原体に対してますます敏感になっているシステムや、化学物質の投入に信じられないほど依存している生態系には、非常に深刻な外部性があることがわかってきています。
したがって、私たちは現在、生物多様性と複雑さへの傾きという別の方向へ進み始めるためのデータ、計算ツール、生態学理論を手に入れました。
そして、それができると、土壌を再野生化することで、管理されている食料と森林景観を地下の生物多様性の宝庫にすることができるかということが本当に問題になります。そしてその過程で、収量と二酸化炭素回収、そしてこれらの生態系に求めるその他すべてのサービスを強化できるでしょうか?ここには信じられないほどの期待を抱く理由がたくさんあると思います。
そして、これらの微生物が生態系規模にこれほど巨大な影響を与える可能性があることにも、私たちはそれほど驚くべきではないと思います。
それは、森林が菌類であることを、本当にずっと前から私たちが知っているからです。
そしてそれらは、細菌、古細菌、原生生物、微細な土壌動物やウイルスからなる信じられないほど生物多様性の高いコミュニティです。
土壌は文字通り陸上生態系の基盤です。
そして、土壌に生息する微生物は、地球上で最も複雑で生物多様性に富んだ生物群集の一部を表しています。
DNA 配列決定により、初めて地下に明かりが灯りました。
これにより、これらの生物を前例のない詳細と前例のないスケールで観察できるようになりました。
植物生物学を勉強しているところを想像してみてください。しかし、自分が見ているのがセコイアの木なのかミズゴケなのか、実際にはわかりません。
そして突然、あなたはそうしました。
それが地球環境微生物学で今起こっていることです。
したがって、私たちは、これらの微生物、特に菌類に対する理解におけるこの革命が、私たちの生態系の理解方法と管理方法を根本的な方法で変えることを期待する必要があります。
ありがとう。
None
コメント