隣国の工業の中心地であるポーランド南東部のチャノフの町周辺には死の息吹が漂っています。 「亜鉛、鉛、カドミウム、水銀がここの土壌を汚染することがよくあります」とクラクフ大学のキノコ研究者カタルジナ・トゥルナウは言う。場合によっては、乾燥土壌1キログラムあたり数千分の1グラムになることもあります。多くの場所で木々が枯れています。毒物が汚染された地域では何も育たず、ほとんど何も育たない。最近、亜鉛で汚染された地域の真ん中に草が生えている小さな実験場を訪れた人々が驚いている。手入れの行き届いたゴルフコースのグリーンほど密ではありませんが、砂漠のオアシスのように印象的です。
この植物が極悪非道の条件に抵抗できるだけでなく、地面から金属を除去することさえできるという事実は、トゥルナウのチームが草を蒔くときに接種した、地下に生息する菌類、「アーバスキュラー」菌根菌のおかげである。これらの小さな助っ人がいないと、植物は惨めに枯れてしまうことを比較研究が示しています。どうやら、地下の真菌の糸が文字通り地面から金属を吸い取り、真菌が定着する根組織に金属を堆積させるようです。これは、植物の地上部分に害を及ぼすことができないことを意味します。驚くべきことに、草の根と菌類は、健康な土壌よりも亜鉛含有量の高い土壌の方がはるかに集中的に結合します。結果: 菌根菌 (直訳すると「根菌」) のおかげで、植物は重金属ストレス下でも特によく成長します。 「私たちの真菌ワクチン接種は、亜鉛解毒の実用化に適している」とカタルジナ・トゥナウ氏は確信している。以前は懐疑的だったポーランドの業界もこのことに気づき、最近研究者らとのプロジェクトに興味を示した。
アーバスキュラー菌根菌である AM (下のボックスを参照) は肉眼では見えません。しかし、緩い表土に手を伸ばす人は誰でも、それを手にすることができます。それは、1立方メートルの土の中に長さ2万キロメートルにも及ぶ糸の玉です。微細なハタネズミと同様に、AM 菌類は地球の隅々でミネラルを探し、葉やその他の分解されたバイオマスなどの有機残渣からリンや窒素も溶解します。
この商品を装備したキノコは、まったく異なるパートナーである植物とビジネス関係を結びます。糸状の地下世界の住民は、収穫した鉱物のほぼすべてを緑の葉の植物に与えます。根がミネラルを摂取するのが難しいため、受取人はその贈り物を熱心に受け取ります。彼らは光合成によって大量に生産する糖で菌類の働きに報酬を与えます。 「双方のパートナーにとって理想的な物々交換です」とテュービンゲン大学のイングリッド・コットケ氏は言う。エクアドル南部の熱帯雨林の中心部にあるシュツットガルト自然史博物館の生物学者マルティン・ネーベル氏とその同僚マルティン・ネーベル氏の研究が示したように、このビジネス関係は4億6千万年前から存在していた。
アンデス山脈の東の尾根では、斜面が急に下がっています。標高 3,000 メートルでは空気が薄く、何時間も現地調査をすると膝が弱ってきます。イングリッド・コッケとマーティン・ネーベルは、腰を据えて根を掘り起こす――「骨の折れる仕事」だ。周囲は多様性に富んだ緑の楽園です。200 種類の異なる樹種が光を食べる茂みの中に凝縮され、蔓植物、見事なアナナス、蘭が点在しています。小さくて目立たないゼニゴケは素人にはほとんど気づかれないでしょう。しかし、生物学者たちは、進化の歴史の点で非常に独創的なこのハーブの種には、「アーバスキュラー菌根の典型的な真菌が完全に生息している」と熱心に述べています。
このようなゼニゴケの胞子は4億6千万年前の岩層から発見されており、これとは別に同年代のAM菌の胞子も発見されています。その時、水中から最初の植物が陸地に定着しました。ほとんどの生物学者は、彼らが土壌中の必須ミネラルにアクセスでき、新しい環境で生き残ることができたのは菌類のおかげであると考えています。シュヴァーベンの研究者らの発見は、これらのエクアドル産ゼニゴケの祖先とその小さな助手たちが岸辺休暇の先駆者の一人であったという仮説を裏付けるものである。新しい仮説に対するもう 1 つの議論: ゼニゴケは現在も存在し、主に水域の浅い海岸地域で成長する淡水藻類と密接に関連しています。コットケ氏は、「そこから、植物は菌類のおかげで陸上で美しく成長し、生き残ることができた」と確信している。
その後何百万年もの間、菌類と植物の間のビジネスはグローバル化のヒット作となりました。植物は地球上を移動し、地下の有用な助っ人たちも一緒に移動しました。現在までに、菌類なしで生きられるようになった植物はわずか 10% だけです。大部分はパートナーに大きく依存します。土壌に生息する AM 菌類の種が多ければ多いほど、良い結果が得られます。大規模な野外実験では、世界中の生物学者がさまざまな数のアーバスキュラー菌種を土壌区画に接種し、15 種類の植物種の種子を振りかけました。結果: AM 菌類の地下の多様性が植物の地上の多様性を決定し、ひいては私たちの景観の外観を決定します。菌根 – 土壌のスーパーパワー!
生態系全体の設計に対する AM の影響は、とりわけ、真菌の糸が接続されている一種の栄養パイプラインによって説明されます。このシュガーハイウェイは、個々のキノコだけでなく、接続されているすべての植物も接続します。このようにして、菌類は「その」実際のパートナーから遠く離れた植物に糖の供給を伝えることができます。強い植物と菌類の協力は、特に生態系の最も弱いメンバーに栄養を与えます。たとえば苗木は、十分な太陽エネルギーを捕らえて砂糖を自ら生産できるようになるまで、パイプラインの恩恵を受けます。 「苗のときに真菌の胞子に近づかなければ、チャンスはありません」とコットケ氏は言う。彼は死ぬでしょう。」
この移動の自由は、当然、寄生虫を悪用するよう誘惑します。進化の過程で、ランは光合成装置のスイッチを切りました。 「彼らはもっぱらパイプライン経由で餌を与えています」とパリ国立自然科学博物館のマルクアンドレ・セロス氏は説明する。パートナーたちは、コミュニティシステムに何も貢献せずに、できるところならどこでも金を稼ぐ寄生虫になった。
セロッセ氏の結果は、地下の栄養塩ビジネスが当初の想定よりも複雑であるという新たな状況に適合している。原則として、すべての AM 菌はほぼすべての植物と関係を確立できます。しかし、何百万年もの進化の中で、他の組み合わせよりも効果的な組み合わせが開発されました。カナダのグエルフ大学の生物学者ジョン・クリロノモス氏は、本来は協力しない植物や菌類を温室内に強制的に入れました。効果: キノコはミネラルの供給を停止しました。もちろん、植物から得られる糖分がなかったわけではありません。しかし、クリロノモの実験のパートナーが特によく一致した場合、菌類は「彼らの」植物にリンと窒素のシャワーを浴びせました。
「複雑な生化学的シグナルがおそらくパートナーの傾向と嫌悪感を制御しているのでしょう」とハレの植物生化学研究所のトーマス・フェスター氏は説明する。彼と彼の同僚はAM菌類と植物の間の分子対話に耳を傾けている。研究者らはすでに重要なシグナル伝達物質を発見している。現在、競争相手は米国から来ています。そこでは、強力な「エネルギー省」が、研究者のコンソーシアム全体に、作物植物の 2 つの重要な菌根菌のゲノムを解読するよう依頼しました。有用なキノコが、食糧生産と環境保護において増大する地球規模の問題をより適切に管理するのに役立つことが期待されています。
専門家の予測通り、地球上の分解可能なリン酸塩の埋蔵量と人工肥料が数十年以内に枯渇すれば、米、トウモロコシ、その他すべての作物は近隣からのリン酸塩をミリグラム単位で必要とすることになる。窒素肥料の場合も状況はそれほど変わりません。そうすれば、菌根菌に関する知識は金と同じくらい価値のあるものになるかもしれません。それまでは、「植物と菌類の間で何が起こっているのかを理解する必要があります」と、ゲノムプロジェクトに携わっているアラバマ大学ハンツビル校の米国研究者ゴピ・ポディラ氏は言う。
同氏は「人工肥料への依存度が低い、または乾燥土壌に耐える持続可能な穀物品種」の開発を考えている。あるいは、困難な環境条件下でも菌根連合を最適化するための、個々の重要なシグナル伝達分子の同定とそれに続く生産。侵食、塩類化、干ばつにより、世界の陸地のほぼ 4 分の 1 が脅かされ、農業利用が困難または不可能になっています。
「菌根システムは植物の乾燥ストレスに対する耐性を高めることができる」とテネシー大学ノックスビルの植物学者ボブ・オージェは強調する。一方で、室内試験では、菌根菌を持たない植物は、たとえ十分なミネラルが存在していても、乾燥した土壌ではリンをほとんど吸収しないことが示されています。さらに、菌糸は植物のために乾燥した土壌の水を探しているようです。そして、真菌は「アブシジン酸」などの特定の物質を使用して植物の生化学的シグナル伝達経路に影響を与えるという証拠があります。結果: 葉の開口部から蒸発する水の量が減ります。
しかし、これまでの結果は依然として矛盾しています。ボブ・オージェは、「キノコがどのようにしてそれを行うのか正確には誰も知りません。」と述べています。同様に不可解な生物学的経路において、AM 菌類は害虫と戦う植物の防御システムを促進します。このようなスキルは、プロの野菜栽培者や花栽培者に役立つ可能性があります。以前の万能兵器である臭化メチルが地球のオゾン層を攻撃するという理由で2005年1月に禁止された後、彼らは現在、ワームと戦うための代替手段を必死に探している。
ボン大学のロバート・シコラ率いる科学者らは、「温室実験で線虫の侵入を70～80パーセント減らす」プロセスをテストした。ハイライトは二重攻撃です。野菜は研究者が特定の細菌を接種した土壌で栽培されました。次に、微生物は、線虫との戦いで AM 菌に実際にドーピングを加えているようです。ほとんどの野菜はポット苗として栽培されるため、AM 菌類や細菌を非常に早い段階で簡単に接種することができます。 「しかし、実用化までにはまだ長く険しい道のりです」とシコラ氏は言う。
重金属で汚染された土壌を根菌や植物を使って修復するというカタルジナ・トゥルナウの計画は大きく前進した。菌根菌を用いた解毒は、大規模な汚染現場を抱える新興東欧EU諸国に特に適しているだろう。ブリュッセルの環境基準は高い。一方、生物学者は、菌根システムを使用した重要な金属原料の工業的抽出を促進したいとも考えています。これを行うために、彼女は、乾燥重量の数パーセントをニッケルとして貯蔵できるベルケヤ コッディと呼ばれる小さな黄色い花のような、いわゆる超蓄積植物を研究している。 「それは信じられないほどの量です」とトゥルナウ氏は熱狂的に語る。
南アフリカの産業は、ベルケヤ コッディの助けを借りて、自然にニッケルを含む土壌から金属を採掘してきました。トゥルナウが最初に発見したように、過剰蓄積する植物は AM 菌類と協力します。植物はパートナーがいなくても生きていけます。しかし、菌根系が機能していれば、「菌類がない場合の 2 倍のニッケル」を吸収します。
問題は、植物が収穫されるとき、ニッケルを含む根を得るために、通常、ほとんどすべての表土が除去されることです。これは、次世代のために土壌に十分な菌類が残らなくなったことを意味します。 Katarzyna Turnau は現在、ニッケル抽出用のターボチャージャーとして、収穫された土壌への供給を確保するために、対応する AM キノコを栽培したいと考えています。 ■
クラウス・ヴィルヘルム
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クラウス・ヴィルヘルムはベルリン在住の生物学者兼科学ジャーナリストであり、この記事を調査して以来、小規模な地下活動家を大いに賞賛しています。
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• ビジネスパートナー: 地下菌は植物の根の細胞に深く侵入し、栄養分を交換します。
• 命を与える人: 菌類なしでは生き残れる植物は全体の 10 分の 1 だけです。
• パイオニア: 菌根系は約 4 億 6,000 万年前のものです。彼の助けがあってこそ、海の生き物たちは陸地を征服することができました。
コミュニティ インターネット
ハレのライプニッツ植物生化学研究所 (IPB) が提供する生徒、教師、学生向けの広範な菌根文書:
www.ipb-halle.de/myk/
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地上に子実体を持たないグロマレス属のキノコは世界中で 200 種のみです。しかし、その地下糸は約 200,000 種の植物と結合して「アーバスキュラー菌根」（AM）システムを形成します。これは、相互利益を目的とした菌類と植物のパートナーシップの最も一般的な形式です。シダ、コケ、草、草本顕花植物だけでなく、トネリコ、カエデ、サクランボ、トチノキなどの樹木も分子シグナルを利用して菌糸を誘い、根系全体に広がります。まるで手でぐったりとした風船を絞るかのように、何も破壊することなく細胞に直接挿入されます。このようにして、細胞は真菌の糸を取り囲みます。これらは、物質の交換のためにできるだけ広い表面を作り出すために、木のような構造に細かく枝分かれしています。 「アーバスキュラー」という用語は、ラテン語で「小さな木」を意味する「arbusculum」に由来しています。ポルチーニ、アンズタケ、栗、アミガサタケなど、地上に子実体をもつ見事な食用キノコは、菌根の珍しい形態、いわゆる外生菌根を形成します。フェルトのコートのように、菌類の地下糸は植物の根の先端を包み込むだけで、細胞には浸透しません。この種の同盟を形成するのは、温帯および寒冷気候の樹木だけです。たとえば、中央ヨーロッパでは、ブナ、オーク、カバノキ、トウヒ、モミ、マツなどです。外生菌根は、約 1 億 3,000 万年前に針葉樹が世界を征服したときに発生しましたが、そのリン酸塩や窒素を含む有機落葉は、以前は唯一発生していたアーバスキュラー菌根では利用できませんでした。生物学者は、約 5,000 種の異なる菌類が外生菌根を介して樹木に関係していると推定しています。
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問題を知らない人がいるでしょうか？イチジクであれ、シダであれ、部屋やバルコニーの鉢植えは見事に育つどころか衰退しています。真菌ワクチン接種の必要性はありますか？菌根製品の市場は活況を呈しており、ドイツでは 1997 年には 30,000 リットルであったのに対し、2003 年には 500,000 リットルが販売されました。「約 1,000 パーセントの増加です」とブラウンシュヴァイクの連邦生物学研究所のファルコ フェルドマン氏は言います。鉢植えやベランダ用の通常の培養土には菌根菌が欠けており、「特に施肥が不十分な場合、植物にとって重要な菌根菌」とこのテーマに20年間研究している生物学者は説明する。ただし、「この場合、菌根製品は肥料を補うだけで、肥料に代わるものではありません。」
消費者により良い情報を提供するために、ヨーロッパの製造業者は品質基準について合意しました。ハノーバー大学の菌根の専門家、ヘニング・フォン・アルテン氏は、「パッケージには、どのキノコがどのくらい入っているかを記載する必要がある」と話す。どの植物に適しているかも記載されています。一部の植物にとって、菌類の接種はお金の無駄になるため、これは重要です。全植物の 10 パーセントは、根菌類なしで生きていくことを学習しています (たとえば、キャベツ)。
真菌ワクチン接種が園芸や農業に本当に有益であるかどうかについては、依然として議論の余地がある。分析の結果、集中的に栽培された土壌では菌根菌の多様性が減少し、多くの場所で実際に菌類の散布が必要であることが示されています。しかし、「プラスの効果を得るには、植物と菌類が実際に調和する必要があります」とフォン・アルテン氏は強調し、特にプロの園芸家や農家にとっては包括的なサービスを好むと述べています。購入する前に、20〜30種類のキノコをテストして、育てたい植物に最適なキノコを見つける必要があります。
ユーロトンネルルートの例は、造園において菌根菌の接種がどのような効果をもたらすかを示しています。ルートの両側にある巨大な堤防を埋めるために、何トンもの土が労働者によってイギリス側に運ばれていた。この土壌は、菌類がほとんど存在しない土壌のより深い層から採取されたものです。この土壌では当初、緑化は失敗しました。ハノーバーの専門家は、「菌根菌を標的として接種すると、草や花が文字通り増殖することになった」と述べている。
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菌類はパートナーである植物だけでなく、土壌の構造や健康状態にも影響を与えます。彼らは想像を絶する量で、地球の粒子を接着剤のようにくっつける物質「グロマリン」を分泌します。土壌中の炭素の約 30 パーセントがこの物質に結合しています。 「グロマリンがなければ、雨が降るたびに表土が容赦なく洗い流されてしまうでしょう」とハノーバー大学の菌根の専門家ヘニング・フォン・アルテンは言う。グロマリンは真の侵食ブレーキです。その含有量は土壌の管理方法に大きく依存します。耕さずに収穫後に穀物の茎を残し、リン酸肥料を減らし、菌類と菌根同盟を形成できる作物のみを栽培すると、含有量は増加します。
