食物の羨望は森の秩序を確保します。葉の分解プロセスにおける複雑なステップは、林床の何百万もの異なる微生物によって実行されます。最新の研究では、これらの分解者間のタスクの分配は、分解機能への最良かつ最速の適応を求める激しい競争に基づいており、事態は必ずしも平和的ではないことが判明しました。
微生物は森林生態系の重要な要素です。微生物は何百万もの林床に定着し、落ち葉、枯れた植物、枯れ木を分解するため、肉眼では見ることができません。そうすることで、炭素などの重要な有機成分を森林サイクルに戻し、森林土壌の品質を維持します。しかし、微生物は葉を分解するさまざまな作業をどのようにして分担しているのでしょうか?さまざまな微生物群集は連携しているのでしょうか、それとも互いに競合しているのでしょうか?
分子の混合物が暗闇に光をもたらす
イエナにあるマックス・プランク生物地球化学研究所のサイモン・シュレーダー氏とその同僚たちは、分解中の分解者群集の相互作用を詳しく調べた。これを行うために、彼らは、葉の層の分子と環境からの天然物質の複雑な混合物である溶解有機物のサンプルを分析しました。この材料には微生物の成分も含まれているため、化学分析により材料内の活発な微生物の代謝、つまり葉の分解における微生物の役割に関する情報も得られます。
研究者らは、ブナ、オーク、マツ、草の落葉からの溶解有機物質に存在する6,000以上の分子を調べた。彼らはチューリンゲン州とブランデンブルク州の 2 つの異なる場所からサンプルを採取しました。 「個々の分子の正確な構造はまだほとんどわかっていませんでしたが、ネットワーク解析を使用して、考えられる起源に従って分子をグループ化することができました」と Schroeter 氏は報告します。このようにして見つかった分子グループは、微生物データベースを使用してさまざまな代謝経路に割り当てることができます。
林床でのエルボー戦術
その結果、驚くべき関連性が明らかになりました。明らかに、タスクの配分は、誰がどの機能を担当するのが優れているかによって決まりません。菌類であれ細菌であれ、微生物群集はすべて同様の分解要件を持ち、同じ機能を果たすことができます。それよりも、誰が全体的な状況に最もよく素早く適応でき、積極的に行動できるかが重要です。
「特定の時点で、それぞれの機能をローカルでどれだけ果たせるか、そして分解コミュニティ内のそれぞれのアクターがこのタスクをどれだけうまく果たせるかが、はるかに重要であると思われます」と Schroeter 氏と彼の同僚は説明します。たとえば、枯れ葉の分解の最初のステップである葉の表面の軟化が完了すると、次のステップは葉の組織に浸透し、そこでさらなる分解プロセスを開始することです。研究者らの分析では、微生物が数日以内にこれらのさまざまな作業に適応できることが示された。
しかし、微生物代謝の中間生成物と最終生成物の分析が明らかにしているように、新しい分解プロセスへの最速の適応、つまり最大の食料供給をめぐる競争は、必ずしも平和的ではありません。したがって、微生物は阻害性の、さらには致死性の抗生物質を生成し、それを用いて競合相手を特異的に弱めたり排除したりする。これにより、食料供給競争において強い競争上の優位性が得られます。
競争は刺激になる
一見すると、分解者を相互に排除することは森林生態系にとってあまり有益とは思えません。しかし、シュレーダー氏らは、この競争が微生物群集の適応を前進させ、最適化すると考えている。したがって、食料に関する議論は建設的であり、その能力が食料供給に非常によく適応している種を支持する可能性があり、したがって林床と生態系にとって最適な種が有利になる可能性があります。
出典: マックス・プランク生物地球化学研究所、専門記事: Nature Portfolio、 doi: 10.1038/s41598-022-11485-1
