気候変動が起こると、私たちは深刻な干ばつをますます頻繁に経験することになるでしょう。しかし、それらは作物や水位だけでなく、土壌中の微生物にも影響を与えます。研究者らは、そのうちの90パーセントが干ばつで非常に困難な状況にあることを発見した。 Streptomyces 属を含め、土壌細菌のうち干ばつでも増殖し続けるのはわずか 4 ～ 9 パーセントです。彼らのような細菌は将来的に存在する可能性が高く、その結果はまだ未知数です。
ギリシャの森林火災であれ、イタリアの半乾きのガルダ湖であれ、このような極端な干ばつは気候変動によりますます一般的になるでしょう。しかし、それは火災、不作、水の配給を引き起こすだけでなく、乾燥した土壌に生息する微生物にも影響を与えます。土壌微生物には数万の異なる種が存在し、地球上の生物多様性の約 4 分の 1 に寄与しているため、これは問題です。また、土壌の肥沃度を維持し、植物の成長を助け、炭素貯蔵を調節することにより、多くの重要な生態系機能も果たしています。
シュタイアーマルク州でのシミュレーション
土壌に生息する微生物は環境にとって非常に重要ですが、それらが干ばつの増加にどのように反応するかはほとんど知られていませんでした。細菌の増殖は水溶液中で最もよく測定されるため、乾燥した土壌は常に亀裂から落ちます。しかし、ウィーン大学のデニス・メッツェ率いる研究者らは、この知識のギャップを初めて埋めることに成功した。これを行うために、チームはまずシュタイアーマルク州の特別な野外実験から土壌サンプルを採取しました。そこで科学者たちは、人工的に草原を加熱したり二酸化炭素で処理したりするなど、現在および将来のさまざまな気候条件をシミュレートします。土壌サンプルに含まれる細菌の一部は、実際よりも 3 度高く、かなり乾燥した気候に生息していると信じられていました。
乾燥が微生物にどのような影響を与えるかを調べるために、メッツェと彼の同僚は、入手したサンプルに同位体標識された水蒸気を加えました。細菌が乾燥状態で増殖し分裂を続けると、水蒸気からの酸素を DNA に取り込みました。 DNA 内でこのマーカーを特に探すことで、研究者らはどの種類の細菌が干ばつにもかかわらず増殖し続け、どの種類の細菌が増殖を停止したかを特定することができました。
生存のために重要な干ばつ耐性
その結果、「干ばつが増加するにつれて、ほとんどの細菌の増殖が停止した」とメッツェ氏は報告している。 90パーセント以上の微生物が乾燥条件下では分裂を停止するか、さらには死滅した。 「しかし、これはすべての微生物グループに等しく当てはまるわけではありません」とメッツェ氏は続けた。現在の干ばつの環境条件下では、細菌群集の少なくとも 4 パーセントが増殖を続けました。乾燥は気にしていないようでした。細菌が将来の乾燥した気候条件に6年間さらされた場合、干ばつ耐性のあるコミュニティの割合は9パーセントに増加しました。研究者らによると、彼らの個体数はおそらく適応度の低い種に対して勝利し、大幅に増加したという。
メッツェ氏と彼のチームが実験室で観察できたように、放線菌の特殊な種、特にストレプトミセス属は特に乾燥に強いことが判明した。この属の細菌は糸状に成長するため、乾燥した土壌で分離された細孔を「橋渡し」し、繁殖し続けることができます。 Streptomyces は植物が干ばつをよりよく生き残るのを助けることが知られているため、これは非常に実用的です。しかし一般的には、微生物群集の乾燥耐性種への将来の移行がどのような結果をもたらすかはまだ不明である。
出典: ウィーン大学;技術記事: Nature Communications、 doi: 10.1038/s41467-023-41524-y
