シリーズ『種』8：獲得形質の遺伝④～環境変化に適応し、後世へと遺伝していく仕組み～ |
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2022年05月14日
コラム：植物と土中微生物の共生ネットワークを壊し、地力低下を招く原因は「肥料」である
私たちは、「おなじ土地でずっと耕作を続ければ、地力が低下してしまうから、肥料を施さなければ作物は育たない」とか、「作物が土壌から栄養を吸収して、それを人間が収穫する以上、耕作を続ければ土はやせ続ける」などといったイメージを持ちがちであるとおもいます。
人間は、農業を続ける事によって、肥沃だった土地を、乾燥して養分の少ない、死んだような土地にしてしまい、表土流出によって土自体を失い続けています。
オーストラリア大陸は、地図を見るとほとんどが砂漠だが、1800年代の初頭にヨーロッパ人が入植した当時は緑で覆われていたといいます。気温は37度を超え、まったく雨が降らない夏に、どこもかしこも草花に覆われていた。土はやわらかく、手でほれたそうです。
ところが、この土地が農業を続けたことによって、乾燥し、表土が流れ続けているのです。乾燥した土地で何とか小麦1kgを作るのに、4ｋｇの表土が流れているそうです。カナダや、ウクライナなど、世界各地で表土流出の報告がされています。
このようにして、かつて肥沃だった土地はかれ続け、農業生産力も下がっているという報告が相次いでいるそうです。
今回の記事では、なぜこのように、近代農業やモノカルチャー農業が土を殺し続けているのかを掘り下げます。
実は、冒頭に述べたような、「おなじ土地でずっと耕作を続ければ、地力が低下してしまうから、肥料を施さなければ作物は育たない」とか、「作物が土壌から栄養を吸収して、それを人間が収穫する以上、耕作を続ければ土はやせ続ける」というイメージは少し違っているという実態が見えてきました。
■植物と共存する「菌根菌」が作るネットワーク
植物の根の細胞の中に菌糸を侵入させ、共生している菌類を総称して「菌根菌」という。菌根菌は、ほかのバクテリアや菌類が土中鉱物から分解した、リンなどの無機養分や水分を植物に吸収させる働きをしている。
その見返りに、植物の根から放出されるカーボン（アミノ酸や炭水化物、ホルモンなど）を餌として繁殖し、周囲に菌糸を伸ばしており、まさに植物と共生しているのである。
菌根菌の作り出す菌糸網はすさまじく広く、4平米×深さ10㎝の土の中にある菌をすべてつなぎ合わせると赤道を1周するといわれている。植物は、菌根菌のおかげで、自身の根だけで給水する面積よりも100倍以上の面積の水分を吸収できるようになる。
■菌根菌が土中放出する「グロマリン」が豊かな共生環境を作る
グロマリンは、菌根菌が作り出す粘着性の糖たんぱく質（アミノ酸にオリゴ糖が連鎖した「グリカン」を含むタンパク質）。グロマリンは菌根菌の菌糸をコーティングすることで、菌糸が分解されたり微生物から攻撃されることを防いで、養分や水分を着実に吸い上げる補助をしている。
根の成長に応じ、新たな菌糸が作られると、使われなくなった菌糸とグロマリンは植物から脱落し、菌糸とセットで粘着性の網を形成する。この網に砂やシルト、粘土粒子などが植物残差と一緒に絡まりあう。これが、土の団粒化を作る。これにより土は、保水力があって、炭素はじめさまざまな養分をたくさん含んだ肥沃な土を形成する。そして炭素と水分と酸素が沢山あるその土は、微生物・菌類が共生する豊かな土でもある。冒頭で述べた1800年代のオーストラリアの大地が乾季にもかかわらず緑で覆われていたのは、抜群に保水力のある土があったからだ。
近年、土中の炭素量の20～30％程度がグロマリン由来のものであり、土中に7～42年も分解されずに残ることがわかり、土中有機物の主役であることがわかってきた。
■菌根菌及び、それが放出するグロマリンは、植物の根からの「液体カーボン」によって増やされる
植物は光合成した糖分を自分の成長のために使っているが、同時に糖分（炭水化物）、たんぱく質、アミノ酸、ビタミン、酵素、フェノール、核酸、オーキシン、ジベレリン他の複雑な化合物を独自にブレンドして滲出液「液体カーボン」として根から周囲の根圏に放出している。あるものは、植物が身を守るうえで大切なアレロパシー効果を持つフェノール化合物だし、これらの多くが他の植物や土壌微生物に対する信号としても機能することがわかっていた。けれども、当初、研修者たちがこの放出現象を「ある種の進化の失敗や欠陥ではないか」と首をかしげたのも無理はない。というのも、その放出量が生半可ではなく、菌根菌が定着している植物では、そのネットワークを維持するために、光合成された炭水化物の40～50％以上にも及んでいるからだ。
しかし、上述のように、根から放出された栄養分がバクテリアや菌類の食料源となって、これらを餌に何十億もの真菌が養われ、真菌が分泌するグロマリンが土粒子を団粒化させる。光合成でつくった40～50％を供給するだけの見返りがある。
さらにまた、この団粒構造もまた、バクテリアや真菌の住みかとなっているのである。
■植物と菌類が作り上げてきたネットワーク
46億年の地球史のうち、4億年前までは陸上は赤茶けた荒涼とした大地で文字通り草1本もなかった。（中略）
草は無くても、陸上のシルトや粘土の中では、バクテリア、そして、両者の特徴を併せ持つ真菌がすでに棲息していた。生命の遺体を分解することでエネルギーを確保する腐生性の菌類もいれば、その捕食者もいた。岩石を分解してミネラルを獲得し、栄養素を循環させる。相互利益の関係性を微生物たちはすでに築いていた。（中略）
海で繁殖していた藻類が、波打ち際に波にさらわれて打ち上げられ、生き延びようとしたところから、植物と微生物とのパートナーシップが始まる。その後の菌根菌の進化によって、ここまで書いてきたように、植物は微生物の相互関係の中に完全に入り込み、さらに微生物は繁殖し、共生関係を進化させるに至った。
植物は、こうした菌類とのネットワークの中でこそ生きていけるのである。
■それを壊す主要因は肥料。除草剤と耕起も影響している
逆に言うと、根からの液体カーボンの供給が無くなれば、菌根菌を中心とする微生物群のネットワークも壊れてしまうことになる。
畑に施肥すれば、根のすぐそばに栄養が置かれる。そうなれば、植物は、わざわざ光合成で作った貴重な栄養を「液体カーボン」として土中に滲出させなくてよくなる。なので、菌根菌は菌糸を伸ばせず、グロマリンも作り出せない。土中の微生物群も減り、団粒構造も壊れていく。
もちろんこれは、有機肥料や堆肥であっても同じである。（ただし、有機肥料は、外部から有機物を持ち込むのでまだマシだと考えられ。化学肥料のほうがより顕著に、土中ネットワークを破壊させていると考えられる。）
除草剤のグリホサートは菌根菌を殺し、耕起も菌根菌ネットワークを断ち切るため、本来は不要なものとも考えられる。
冒頭に述べた、世界中で起こっている土壌の劣化や凶作の一因は、植物の生態を無視したモノカルチャーの工業的な農業生産によるものであると考えられます。
逆に、このような植物の基本原理に立ち返り、菌根菌と周辺の菌類・微生物が豊かである肥沃な土壌を植物自身の力でつければ、無施肥・不耕起で農業をすることも可能、という報告もあるようです。
本記事ではその一端を明らかにしたにすぎませんが、引き続き、本ブログで追求していきたいと思っているポイントです。
・有機農業が再度注目を集めているが、有機農業といっても様々な農法があります。持続的な食糧生産に向けて、どういった農法が適しているのか？本当に有機農業が良いのか？魅力は何か？
・植物の生態について、本記事では土中細菌との共生についてまとめましたが、植物はどのようにして生存してきたのかをもう少し掘り下げてみたい。そこから、我々が目指すべき生産方法のヒントが見つかるように思っています。
【参考】
「土が変わるとお腹も変わる」：吉田太郎 2022
「図解でよくわかる 土壌微生物のきほん」：横山和成 2015
投稿者 o-yasu : 2022年05月14日
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