地球のバイオクラストを救う取り組みの内側

ユタ州の乾燥した刺すような太陽の下で、サーシャ・リードは植物だけでなく、バクテリア、地衣類、菌類も育てている。しかし、リードは農家ではなく、一見すると彼女の畑はほとんど土のように見える。彼女は生態学者であり、彼女が育てているのはクリプトバイオティック土壌だ。

バイオクラストとも呼ばれるクリプトバイオティック土壌は、乾燥した土地の土壌の表面に独特のクラストを形成する、土中に生息する小さな生物の集団です。これらのクラストは地球の乾燥地生態系全体に不可欠であり、緩い土壌をまとめ、浸食を防ぐのに役立ちます。水分を保持し、他の微生物が生息できる場所を提供し、土壌に窒素を追加します。

クリプトバイオティック土壌は、多くの場合、変色した地面の斑点のように見えます。よく見ると、その汚れは小さな黒い塊のモザイクになり、小さな苔の層と目立たない地衣類の斑点が点在しています。しかし、通常の固い土と非常によく似ている場合もあります。カリカリの土の上を歩きたくなるかもしれませんが、まるで秋の落ち葉の山を踏みしめるように歩きたくなるかもしれませんが、それは大きな失礼です。バイオクラストが再生するには何十年もかかることがあります。

そして今日、バイオクラストはブーツで踏みつぶされるだけでなく、別の種類の人間の足跡、つまり気候変動によっても脅かされています。そのため、研究者たちはバイオクラストについてさらに詳しく知り、それを復元する方法を探るために熱心に取り組んでいます。

「私たちは、これを実現する方法を発明しているようなものなので、とても忙しい時期ではありますが、同時に刺激的な時期でもあります」と、フラッグスタッフにある北アリゾナ大学で地殻を研究している植物・土壌生態学者のアニタ・アントニンカ氏は言う。

バイオクラストが生息する乾燥地帯は重要な生態系だが、地球上で最も劣化が進んでいる地域の一つだと彼女は言う。これらの地域でバイオクラストが減少すると、土壌の肥沃度が低下し、風食によって保護されていない緩い土が吹き飛ばされる。地面にしみ込む水も減少する。二酸化炭素を吸収する微小な生物が減るため、炭素循環にも影響が出る可能性がある。

小さなコミュニティ

バイオクラストは地球の陸地表面の約 12 パーセントを覆い、世界中のすべての大陸に生息しています。これらのクラストの主成分は、シアノバクテリアと呼ばれる光合成細菌であることが多いです。シアノバクテリアは粘着性のある糸を形成し、砂質の砂漠の土の中で接着剤のような働きをして、菌類やその他の細菌が定着する塊状のクラスト状の表面を作り出します。

バイオクラストがどのような環境にあるかによって、小さなコケ、地衣類、微細藻類が生息することもあります。たとえば、ユタ州モアブのような湿気の多い砂漠地帯では、バイオクラストはコケが目立つ傾向があります。ネバダ州ミード湖付近のような石膏の多い土壌では、地衣類が中心になります。クラストの中にはすべての成分が特徴的なものもあれば、複数の成分が欠けているものもあります。しかし、そのコミュニティのラインナップに関係なく、クラストはすべて砂漠地帯の生きた皮膚として機能します。

「それらは土壌に鎧のような装いを与えている」とアリゾナ州立大学テンピ校の微生物学者フェラン・ガルシア・ピシェル氏は言う。約20年前に彼がバイオクラストの研究を始めたとき、バイオクラストについてはほとんど知られていなかった。2023年 微生物学年次レビュー、 ガルシア・ピシェル氏は、過去数十年間に研究者がクリプトバイオティック土壌について学んだこと、そしてまだわかっていないことについて概説しています。

「この25年、30年で私たちは大きな進歩を遂げました」と彼は言う。

いくつかの研究が示していることの一つは、温暖化の進行と降雨量の変化が脅威となるということだ。モデルによれば、今後 60 年間で気候変動によりバイオクラストの被覆率が 25 ～ 40 パーセント減少する可能性がある。バイオクラストは気温上昇と降雨量の変動に敏感で、場所によっては長期にわたる乾燥と異常な降雨量の増加の両方がバイオクラストに悪影響を及ぼす可能性がある。

こうした減少に対抗するため、モアブにある米国地質調査所のリード氏や同僚などの生態学者たちは、野生の海底で地殻を再生させる方法を模索している。

リード氏は、世界最大の屋外バイオクラスト苗床と呼んでいるこの場所で、バイオクラストの復元の3つの主な側面に焦点を当てている。最初の要素は、クラストが最もよく成長する環境、そして重要なことに、そこからうまく移植される環境を知ることだ。当初、研究者らは屋内温室でバイオクラストの群落を育てることに大きな成功を収めた。しかし、バイオクラストの生育環境は甘すぎたとリード氏は言う。屋外に移植すると、クラストはなかなか根付かなかった。現在、クラストの一部は屋外で直接成長している。「より厳しい育成を心がけています」とリード氏は言う。屋外では、はるかに現実的な環境条件を経験するが、水やりや日陰など、チームからのサポートも受けられる。

リード氏のバイオクラスト農場における研究の第二の分野は、バイオクラストが繁栄するためには、無傷のコミュニティがどの程度必要かを調べることです。バイオクラストは万能性があり、つまり、ほんの少しのバイオクラストが、やがて新しいクラストを生み出す可能性があります。したがって、バイオクラストを新しい領域で育てる方法の 1 つは、種をまき散らすのと同じように、バイオクラストを砕いて地面に撒くことです。

しかし、自然界では、地殻の構成要素は未知の方法で互いにプラスに作用する可能性があるため、リード氏はバイオクラストはより大きく、より定着した集団として成長することで恩恵を受ける可能性があるのではないかと考えている。「私たちはバイオクラストを、ある意味単独で、厳しい環境に放ち、『生きて、繁栄して』と言っているのです」と彼女は言う。「私たちが期待するほど、バイオクラストがそのように行動するのを目にしていません」。

そこで研究者たちは、芝生にヒントを得た新しい修復方法を試すことになった。まず、バイオクラストの砕片を雑草防止布（造園業者が使う薄い布）にまぶした。クラストが成長したら、それを巻き上げ、最終目的地で広げた。リード氏の驚いたことに、この戦略はうまくいった。クラストのロールが崩れるのではないかと心配していたが、そのまま残り、新しい環境でよく育った。この方法は、小道の横など、戦略上重要な小さな場所では使えるかもしれないが、景観全体規模ではおそらく使えないだろう。

リード博士のバイオクラスト農場での復元研究の 3 つ目の側面では、科学者たちは気候変動に直面した際の復元により適したバイオクラスト群集メンバーがいるかどうかを調べたいと考えています。そのために、リード博士とアントニンカ博士は、南西部の乾燥地帯が将来どのようになるかの代案として、より暑く乾燥した場所からバイオクラストを採取し、農場で再び育てました。現在、彼らは復元地に移植されたクラストがその後どのように成長し続けるかを監視しています。クラストが成長するにつれて、研究者たちは特によく育つと思われる種、またはバイオクラスト群集の源を探します。

リード氏、アントニンカ氏らは現在、国立公園、土地管理局、米国森林局などの土地管理者と提携し、バイオクラストについて学んだことを応用している。「提携は本当に重要です」とアントニンカ氏は言う。たとえばモアブの苗床は、北アリゾナ大学、ネイチャー・コンサーバンシー、地元の非営利修復団体リム・トゥ・リム・レストレーションとの共同作業だ。土地管理者と協力することで、土壌を乱す将来の開発プロジェクトにバイオクラストの修復計画を組み込むことも可能だとアントニンカ氏は言う。

乾燥地帯に住む人々も、自宅の裏庭で同じことができる。土地所有者が、地殻が固まった土を掘り返したり、その上に建物を建てたりする計画をしているなら、そこに固まった土を回収してバケツに入れ、乾いた状態で冷たく保っておけばよい、とアントニンカ氏は言う。そして、それを掘り返した土の上や敷地内の他の場所に撒くことができる。

一般の人々がバイオクラストの保護に協力できる他の方法としては、バイオクラストを壊さないように歩道から外れないようにすることや、バイオクラストについて広めて認識を高めることなどがあります。バイオクラストの存在を知らないと、足元の小さな生態系を見落としがちです。

「四つん這いになって、ただ見てください」とリード氏は言う。「私たちは、その重要性ゆえに研究しますが、その美しさやかっこよさも注目に値します。」

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