樹木の知性：古木はどのようにしてより多くの二酸化炭素を吸収するようになるのか

最新の研究によると、数百年を生きるオークの木は、栄養素の吸収方法を柔軟に変化させることができることが分かりました。これは、森林が気候変動との闘いにおいて、これまで考えられていたよりはるかに回復力のある存在である可能性を示唆しています。

文：Warren Cornwall
2025年7月16日

温室効果ガスによる汚染には多くの悪影響がありますが、一つだけ潜在的なメリットがあります。それは二酸化炭素は植物の栄養源だという点です。大気中のCO2濃度が上昇すると、一部の植物は成長が急増すると予想されています。

これは単に植物の増加を意味するだけではありません。植物が空気中から二酸化炭素を吸収し、根や葉、幹に貯蔵することで、一部の炭素汚染を相殺する可能性もあります。

しかし、単純に二酸化炭素が増えれば緑が増えるというわけではありません。人間がエネルギー豊富な炭水化物だけで生きられないのと同じように、植物は窒素や鉄などの栄養素を必要とします。では、大気中に二酸化炭素の「栄養源」が増えた場合、植物、特に長寿の木々はそれを有効に利用できるのでしょうか？

イギリスの中央部にある19世紀半ばに遡るオークの森が、その答えの手がかりを握っています。そこで科学者たちは、木の適応能力の素晴らしさを目撃してきました。今週発表された『米国科学アカデミー紀要（PNAS）』の研究結果によると、少なくとも一部の樹種、特に古い木々でも、二酸化炭素の過剰分を有効活用できる能力を備えていることが示されています。これは、木々にとっても気候にとっても朗報です。

「今回の発見は、木々が従来考えられていたよりも成長を最適化する能力に優れており、土壌の栄養供給が維持される限り、高濃度の二酸化炭素大気下でもその柔軟性を維持し続けることを示している」と、イギリス・ブリストル大学のポスドク研究員で研究に参加したMichaela Reay氏は述べています。

一部の栄養素は植物の成長に不可欠です。これは農家が肥料を土壌に混ぜる理由の一つであり、鉄分豊富なクジラの排泄物が藻類の増殖を促進する理由でもあります。さらに、窒素はクロロフィル（光合成に不可欠な緑色の色素）の構成要素であり、植物が太陽光、水、二酸化炭素を糖と酸素に変換するプロセスに不可欠です。

木々がこのような栄養素の摂取量を増加させるための主な戦略は三つあります。一つ目はより多くの根を伸ばして土壌のより広い範囲にアクセスすること、二つ目は土壌に化学物質を放出することで微生物の活動を活性化させ、栄養素を放出させること、そして三つ目は共生する土壌菌類とのつながりを強化し、木と炭素や栄養素を交換する、という方法です。

温室効果ガス濃度が急上昇する中で、古木がこれらの手段を今でも柔軟に活用できるかどうかを調べるため、Reay氏と彼女の研究チームはイングランド中部の樹齢180年以上の森に注目しました。2017年以降、研究者たちは成熟したオークの木立を取り囲む空気中に追加の二酸化炭素を放出し、21世紀半ばに予想される温室効果ガス濃度を再現する実験を実施してきました。これはバーミンガム森林研究所（Birmingham Institute for Forest Research）の「開放系大気二酸化炭素増加実験（Free Air Carbon Dioxide Enrichment）」として知られています。

2020年と2021年、研究者は木と土壌のサンプルを繰り返し採取し、CO2を浴びた木々が栄養素の吸収において未処理の木々と異なる行動を示すかどうかを調査しました。

その結果、これらの古いオークの木は、実際、新しい適応能力を示していることがわかりました。研究者たちは、二酸化炭素を多く浴びた木々が、窒素の吸収を高めるために3つの戦略をすべて活用している証拠を発見したのです。さらに、木々は年間を通じて異なる条件に合わせてアプローチを変化させ、同じ動きを繰り返すのではなく、複雑なダンスを踊るかのように多様な対応を見せていました。

「根は単に土壌から水分や栄養を吸収しているわけではない。年間を通じて多様な栄養探索戦略を使い分けながら、土壌微生物との間で高度に専門的なトレードオフを行うという、賢くダイナミックな動きを見せている」とReay氏は述べています。

植物の根は、現在の二酸化炭素濃度下で生育する木々に比べて、土壌に微生物の栄養源となる炭素をより多く放出していました。特に、微生物が最も活発に活動し、長い日照時間により木が炭素を余分に持っていた夏の成長期ピーク時において、その傾向が顕著でした。

一方、秋になると木々が葉を落とし始める中で、科学者たちはエクトミコリザと呼ばれる共生菌のネットワークの成長がより活発になるのを観察しました。これらの菌は、落ち葉などの森林の残渣を分解し栄養分を放出する専門家です。高炭素環境下にある木々は、これらの菌のバイオマスが3.6倍まで増加していました。

一方で、炭素を多く取り込んだ木々は、分岐の多い根も成長させていました。これにより、栄養素が存在する可能性のある土壌の隙間に、より深く入り込むことができると考えられます。

この研究結果から、十分な栄養素が存在する場所においては「成熟した温帯林が気候変動対策において重要な役割を果たす可能性がある」と、研究に参加したエクセター大学の科学者、Iain Hartley氏は述べています。

しかし、それが実現するかどうかは、木々がこうした様々な手段を駆使して土壌からより多くの栄養を吸収し続けた場合に、最終的に土壌の栄養が枯渇してしまうかどうかにも左右されます。その点については、今後の研究課題であると科学者たちは述べています。

出典：Reay, et. al. “Elevated CO2 alters relative belowground carbon investment for nutrient acquisition in a mature temperate forest.” Proceedings of the National Academy of Sciences. July 15, 2025.
画像：John/Deviant Art