海水で作物を栽培し、何百万人もの人々に食料を供給する競争が始まっている

2015年12月、国連加盟国の代表が気候変動に関するパリ協定の最終決定を下していたとき、ダンカン・キャメロンは代表団の前に立ち、彼らのすぐ足元で環境大惨事が起きていると警告した。

土壌生物学者であり、シェフィールド大学持続可能食品研究所の共同所長であるキャメロン氏は、栄養価の高い作物を栽培できる農地の面積が減少していることを以前から認識していたものの、そのペースは把握していなかった。キャメロン氏のチームは前年、耕作地の減少に関する散発的なデータを分析し、憂慮すべき事実を発見した。過去40年間で、世界の耕作地の最大3分の1が土壌劣化とそれに伴う浸食によって失われたのだ。代替手段がなければ、既に脆弱な農業システムは崩壊の危機に瀕しており、十分な食料を生産できない農場が世界を埋め尽くす可能性が高まっている。

「本当に恐ろしい量です」とキャメロン氏は言う。「食料不安という点では、無駄を減らし効率化することで多くの問題を解決できると言われていますが、それで必要なものがすべて手に入るわけではありません。」今、新興のスタートアップ企業と研究者のグループは、差し迫った食料危機への解決策は陸上にあるのではなく、むしろ海に目を向け、浮体式農場で海水で育てた作物で未来の人々を養うことを目指している。

これらの野心的な取り組みは、淡水と土地の不足、世界的な飢餓、農作物の安全保障、そして農業による膨大な二酸化炭素排出量など、環境問題と人道問題の複雑な絡み合いに取り組んでいますが、直面する科学的・物流上の課題は膨大です。簡単な答えがほとんどないこの分野において、何よりも大きな問題が浮かび上がってきます。それは、大量の塩をどうすればよいのかということです。

土壌科学者と農家は数十年にわたり、塩との戦いを繰り広げてきました。海面上昇に伴い、畑に水を供給する河川や地下帯水層の塩分濃度が徐々に上昇しています。特に広大な河川デルタに近い低地では顕著です。世界中で農地が乾燥し、塩分濃度が上昇し、栄養分の吸収を阻害し、組織を損傷しています。過剰な塩分は世界中で莫大な農作物の損失を引き起こしており、その損失額は年間推定217億ポンドに上ります。そして、海面上昇や気候変動による気象現象の激化といった要因によって海水が農地にまで浸透し、沿岸部の最貧困層に最も大きな打撃を与えるようになると、この損失額は増加すると予想されています。

一度土壌に蓄積された塩分を除去するには、膨大な資源が必要となる。最も一般的な方法は大量の淡水を必要とするが、世界で推定40億人の人口にとって、淡水は既に不足している。そのため、研究者たちは、絶えず増加する塩分濃度にも耐えられる主食作物を見つけるための長年にわたる競争を続けている。中国、インド、オランダ、アラブ首長国連邦など、いくつかの国では、ある程度の土壌塩分濃度に耐えられる作物品種が開発されているが、真の白鯨は、どれだけの海水が投入されても生育できる主食作物である。

「原理的には可能だが、複雑な問題だ」と、カリフォルニア大学リバーサイド校で砂漠と海洋の生態系を研究する植物生態学者、エクセキエル・エスキュラ氏は言う。エスキュラ氏によると、海水耐性作物を作るには、ブラックマングローブなどの植物が塩水で生き残るために適応してきた基本的な生物学的メカニズムの少なくとも1つ、あるいは両方が必要になるという。1つは根における淡水濾過で、主食となる作物の場合、塩分を遮断するために根の表皮組織を根本的に変化させる必要がある。もう1つは、植物が体内に海水を送り込む際に塩分を排出する特殊な腺が葉に存在することだ。

主食作物にどちらかのメカニズムを持たせるという挑戦は非​​常に大きなものであり、多くの研究者は耐塩性の向上をはるかに控えめに目指しており、海水だけで育つ作物の開発はまだ目指していません。植物育種家は数十年にわたり耐塩性作物の開発に取り組んできましたが、塩分に非常に敏感な作物であるイネにおいては、最も耐塩性の高い品種でさえ海水の塩分濃度に耐えることができません。「誰もできないと言っているわけではありません。おそらくいつか誰かができるでしょう」とエズクラ氏は言います。「今のところ、特許も、それを実現できる人さえ見たことがありません」

ルーク・ヤング氏とローリー・ホーンビー氏は2月、海水耐性の壁を破ると考えられる技術の仮特許を申請した。ヤング氏とホーンビー氏はカナダのスタートアップ企業Agriseaの共同創業者であり、遺伝子編集された耐塩性作物の開発に取り組んでおり、近い将来、海水で浸水した平野に設置するか、海に直接係留する浮体式農場で栽培することを目指している。

Agriseaが提案する手法は、まずイネなどの作物から幹細胞を分離し、CRISPR遺伝子編集技術を用いて、その植物に特化したDNA配列を挿入するというものです。この配列は8つの異なる遺伝子のうち1つを標的とします。自然界で8つすべてが「オン」になっているのは、自然に適応した耐塩性を持つ植物だけであるため、各遺伝子が選ばれました。この配列によって遺伝子の発現が変化し、幹細胞は新たに編集された遺伝子を持つ種子を生成する完全な植物へと成長します。残りの7つの遺伝子も同様のプロセスで編集すれば、Agriseaチームによると、肥料、淡水、農薬なしで塩分の多い海でも育つ植物が完成するとのことです。

多くの研究者が耐塩性を得るために単一の遺伝子を編集してきたが、遺伝子ネットワークを編集するというアプローチは、ヤング氏とホーンビー氏によると、アグリセア独自のものだという。しかし、まだゴールには至っていない。ヤング氏とホーンビー氏は現在、海水の3分の1の塩分濃度の水でイネを栽培する研究を進めており、年末までにケニアとグランドバハマ島の沖合に小規模農場を浮かべる計画だ。ヤング氏は、過去に同様の戦略が他の形質の植物の遺伝子編集に用いられてきたため、このプロセスが成功すると確信している。「私は何かを証明しているのではなく、何かを模倣しているのです。自然が既に成し遂げてきたことを模倣しているのですから」

カリフォルニア大学リバーサイド校植物細胞生物学センター所長のジュリア・ベイリー＝セレス氏は、作物の回復力とイネの分子生理学を研究しています。研究者は遺伝子の機能をノックアウトする植物の編集を日常的に行っていますが、海洋での作物栽培に必要となる可能性のある特定のアミノ酸を変化させる編集は、世界でもごく少数の研究者によってしか行われておらず、耐塩性を目的とした研究はまだ行われていません。よりきめ細かな編集は将来的に実現可能になるでしょうが、「それが2年後なのか10年後なのかはわかりません」と彼女は言います。

ベイリー・セレス氏は、アグリセアが成功すれば大変喜ばしいと述べ、海水が水田に大量に流入するベトナムやバングラデシュなどの地域では、海水塩分の3分の1を超える耐性の向上が大きな勝利となるだろうと付け加えた。

耕作地不足に対するAgriseaのアプローチは耐塩性の問題の解明に依存しているが、他のチームはこの問題を完全に回避することを選択している。耕作地の需要を減らす水上農場は、多くの非西洋諸国で長らく生存の鍵となってきた。これらの作物は、モンスーンや洪水が押し寄せる際に水面に沿って浮かぶ浮床で、ミャンマーのインレー湖のような淡水域で繁茂する。インレー湖はおそらく19世紀初頭から地元の人々が食料として頼ってきた場所である。水上農場は西洋の都市でも関心を集めている。ここ数年、英国、スペイン、イタリアなどの研究グループや建築事務所が、外部の海水を吸い上げて淡水化し、内部で栽培された水耕作物に栄養を与える、水上垂直農場や温室の設計を生み出してきた。

これらのプロジェクトは農作物を海に流出させるが、ヤニック・ニーベリ氏の戦略は海を海に取り込むことだ。スコットランドに拠点を置くニーベリ氏の会社、シーウォーター・ソリューションズは、沖合に新たな農地を作るのではなく、荒廃した沿岸農地を開拓し、サンファイアやシーブライトといった天然の耐塩性ハーブを植える。そして、防波堤を撤去するか海水を汲み上げて人工の塩性湿地を造成することで、その地域を水没させる。この新しい湿地生態系では、作物は肥料、農薬、淡水なしで育つ。また、土壌を保持して浸食を防ぎ、硝酸塩と炭素を栄養源とする。これらは農業排水や二酸化炭素排出などによって、人間の居住地付近の水域に過剰に蓄積されている。太陽光発電灌漑システムによって、浄化された水は元の水源へと循環される。

シーウォーター・ソリューションズは現在、スコットランドといくつかの発展途上国で6つの湿地農場を運営しており、その中には、マラウイの砂漠の真ん中に地下の塩水帯水層を利用して湿地農場を造成するという、初期段階の取り組みも含まれています。これらのプロジェクトは小規模で、ほとんどが1万平方メートル程度であり、主食作物よりもはるかに小規模な世界の食料市場に限定されています。

ダンカン・キャメロン氏は、唯一の正解はないと言う。2015年のパリ気候変動会議以降、キャメロン氏のチームは、土壌の栄養分のモニタリング、都市緑地の農業への影響予測、そして海から汲み上げた淡水を利用するオマーンにおける水耕栽培温室の建設など、様々な角度から耕作地の減少に取り組んできた。耕作地不足を解決するには、世界中の疲弊した土壌に必要な休息を与えることに焦点を当てた、斬新なアプローチが必要となる。「何らかの方法で土壌への負担を軽減しなければなりません」と彼は言う。

この記事はWIRED UKで最初に公開されました。