海の牧草地での甘い驚き

発見によると、世界の海草草原の根には100万トン以上の砂糖が蓄えられている可能性があるという。研究者らは、海洋植物が根を通じて驚くほど大量のショ糖を海底に放出していることを発見した。彼らはまた、なぜ海藻が糖を放出するのか、そしてなぜその後「キャンディー」が根の部分のバクテリアによって食べられないのかを説明することができます。科学者らは、この結果は気候的に重要な海洋の炭素貯蔵における海洋植物の役割に新たな光を当てたと述べている。

風ではなく水に揺れる草原: 世界の多くの海洋地域の沿岸地域は、青々とした海草畑が特徴です。これらの生態系は合計で最大 600,000 平方キロメートルをカバーしており、これはほぼフランスの面積に相当します。したがって、緑豊かな水中景観は広範囲にわたる重要性を持っています。多くの生物の住処となり、沿岸地域を浸食から守り、炭素循環、ひいては地球規模の気候に役割を果たしています。これまでの研究では、海ガス草原は陸上の森林よりもはるかに効果的に二酸化炭素を吸収することが示されている。いわゆる「ブルーカーボン」として、バイオマス内に長期間結合し続けることができるため、気候変動に寄与しません。

しかし、マックス・プランク海洋微生物研究所（MPIMM）のマヌエル・リーベケ氏率いる研究者らは、今回の研究でバイオマスに結合した炭素には注目していない。彼らは海藻が生成する化合物に焦点を当てました。特定の状況下では、植物が根から炭水化物を排出することが知られています。いわゆる根圏にどのような海草が放出されるかを記録するために、科学者らは、地中海、カリブ海、バルト海のさまざまな海草種の牧草地の下にある堆積物からサンプルを調べた。

砂糖の山

彼らの分析によると、植物は明らかに食卓糖としても知られる大量のスクロースを放出しており、この物質は驚くべきことに土壌中に蓄積していることが判明した。研究者らは、海草の草原の下の糖濃度は、これまでに海中で測定されたものよりも約80倍高いと報告している。「物事を大局的に考えると、世界中の海藻の根圏には、主にスクロースの形で60万トンから130万トンの砂糖が貯蔵されていると推定されています」とリーベケ氏は言う。「これはコーラ 320 億缶の砂糖の量にほぼ相当します!」と科学者は言います。

最初に頭に浮かぶ疑問は、なぜ植物はエネルギー豊富な物質をこれほど大量に放出するのかということです。 MPIMM の共著者ニコール・デュビリエ氏は、余剰が大量にある場合は廃棄する必要があるようです。「海藻は光合成中に糖を生成します。平均的な照明条件下では、植物はこの糖の大部分を自身の代謝と成長のために使用します。しかし、正午や夏などの非常に強い光の下では、使用または貯蔵できる量を超える糖分が生成されます。「その後、彼らは過剰なスクロースを根圏に放出します。これは本質的にオーバーフローバルブです」と科学者は言います。

しかし、エネルギーが豊富で消化しやすい糖分がなぜこれほど蓄積するのかという疑問は残ります。具体的には、なぜ海藻根圏の微生物は甘い宝物を攻撃しないのでしょうか? 「私たちは長い間解明しようと努めてきました」とMPIMMの筆頭著者マギー・ソギンは言う。これを行うために、研究者らは遺伝的手法を使用して、海草の根の部分に生息する細菌の代謝を調べました。実際には、それらはスクロースを分解するための前提条件をほとんど備えていることが判明しましたが、対応する遺伝子は活性化されていないことがよくあります。どうやら、二酸化炭素の放出による砂糖の微生物による変換を何かが阻害しているようです。

フェノールは糖の分解を阻害する

さらに分析を進めると、低酸素条件と植物の根が糖に加えて特定の物質を放出することが判明した。「海藻がフェノールを堆積物中に放出することがわかった」とソギン氏は言う。これらは微生物の代謝を阻害することが知られている物質です。「私たちは、海藻根圏の微生物を海藻から単離したフェノールと接触させる実験を行いました。そして実際、そこで消費されるスクロースは、フェノールを添加しなかった場合よりもはるかに少なくなりました」とソギン氏は報告しています。

興味深いことに、この研究はまた、少数の微生物専門家グループが海藻根圏の条件に適応しているという証拠も提供しました。彼らはスクロースを消化し、フェノールを分解することができます。研究者らは、これらの微生物が海藻のパートナーである可能性があると考えており、植物が成長するために必要な栄養素を入手できるようにしているのではないかと考えています。「私たちは、陸上植物から根圏における植物と微生物の間のこのような有益な関係をよく知っています。「しかし、私たちは海草と海洋根圏の微生物との親密で複雑な相互作用を理解し始めたばかりです」とソギン氏は言う。

研究チームは結論として、この研究は世界の絶滅の危機に瀕している海草藻場を保護することの重要性を改めて強調している。世界の海草個体数の最大 3 分の 1 がすでに失われている可能性があり、場所によっては年間損失が最大 7% に上ると推定されています。「藻場が減少し続ければ、貯蔵されている大量の炭素が放出されることになる。私たちの研究は、海草自体だけでなく、牧草地の下にある大量のショ糖も考慮に入れる必要があることを非常に明確に示しています」とリーベケ氏は要約します。

出典: マックス・プランク海洋微生物研究所;専門記事:自然生態学と進化、土井:
10.1038/s41559-022-01740-z