アルゼンチン、ボリビア、チリにまたがる高原、ラ・プナは、気の弱い人には向かない場所です。最寄りの都市から車で10時間、標高3,200メートル以上の高山病と戦い、強烈な紫外線と激しい気温差に耐え、そしてなんとWi-Fiも携帯電話の電波も全くないという過酷な環境にも耐えなければなりません。しかし、この旅を勇敢に生き抜いた人には、その見返りは計り知れません。
この地域はしばしば別世界のような地形と評され、火星、月、あるいは初期の地球に似た地形をしています。実際、科学者たちが地球上のすべての生命の起源とされる微生物、LUCA（人類最後の共通祖先）を発見したのもここです。フランスとほぼ同じ大きさのラ・プナは、砂漠の土壌から塩性湿地、活火山から深い青色のラグーンまで、多様な地形を誇ります。「ここは極限の場所ですが、同時に非常に美しく、他に類を見ない場所です」と、過去5年間にラ・プナを何度も訪れたエリサ・ベルティーニは言います。
美しさはさておき、ベルティーニ氏がこの高原に惹かれる理由はもう一つある。それは、地球上の他のどこにも見られない極限環境微生物が豊富に生息していることだ。ブエノスアイレスに拠点を置くスタートアップ企業Puna Bioの同僚たちと共に、ベルティーニ氏は、過酷な環境でも生存できるこれらの強靭な生物（細菌、藻類、菌類）が、ますます過酷化する環境下で主要作物に生存、さらには繁栄する手段を提供することで、人類の環境破壊と気候変動との闘いにおいて役割を果たすことができると考えている。
2020年以来、プナ・ビオの微生物学者たちは、ラ・プナの植物とその周辺に生息する微生物が、高塩分、高酸性、極度の温度、そして栄養素が乏しい環境下でどのように生存できるのかを研究してきました。チームの目標は、これらの生存特性を活用し、葉や種子に接種する接種剤の形で世界中の主食作物に移植することです。
「極限環境微生物がラ・プナの植物を助けているのなら、他の場所の植物を助けることはできないだろうかと考えたのです」と、プナ・バイオの共同設立者であるベルティーニ氏は言う。
同社は昨年9月、「世界初の極限環境微生物バイオスティミュラント」と称する製品を発売した。これは、アルゼンチンの主要輸出作物の一つである大豆に農家が直接施用できる処理剤である。種子をクンザソジャと混合して植えると、この液体刺激剤に含まれる微生物（ラ・プナから分離された2種類の細菌株）が新しい植物に定着し、抗酸化物質の産生と主要栄養素の吸収を促進するとともに、植物の根と共生する菌根菌の増殖を促進し、土壌の健全性向上に貢献する。
ブラジル、アルゼンチン、そして米国のコーンベルト地帯の25,000エーカー以上の農場で実施された70以上の試験において、クンザは大豆の収穫量を平均11%増加させ、今日の市場にある一般的な製品のほぼ4倍の増加を示しました。「クンザを植物のためのプロバイオティクスと考えてください」とベルティーニ氏は言います。
国連が2022年に発表した報告書では、世界中の土壌の最大40％が中程度または深刻な劣化状態にあると推定されており、森林破壊、過放牧、集約的な耕作、都市化、その他の有害な慣行が続くと、2050年までにこの数字は90％に上昇する可能性があります。
「土壌劣化は本当に差し迫った問題です」と、スイス、チューリッヒ大学の土壌生態学者フランツ・ベンダー氏は語る。「土壌は文明の基盤です。私たちの食料の95%は土壌から得られているからです。」肥沃な土壌の喪失は、農業に適した土地の生産性を低下させ、急増する人口、高騰する投入コスト、そして労働力不足によって既に脅かされている世界の食料供給にさらなる圧力をかけることになる。土壌劣化が解決されなければ、ますます多くの自然地が農地へと転用され、世界の生物多様性の危機が深刻化する恐れがある。
「さらに、私たちの気候はますます極端になっています」とベンダー氏は述べ、不規則な気象パターンは作物に影響を与えるだけでなく、土壌劣化にも寄与していると指摘する。この影響はどこも免れないようだ。ヨーロッパは今年、記録的な猛暑に見舞われ、世界最大のオリーブオイル生産国で供給不足に陥った。アルゼンチンでは1世紀で最悪の干ばつにより、大豆と小麦の収穫量が半減した。アフリカの角では壊滅的な干ばつが5年目に突入し、2,200万人が飢餓の危機に瀕している。
土壌の悪化は植物だけに影響を与えるのではありません。実際、ベンダー氏が共同執筆した2023年の研究によると、地球上の全種の59%が土壌に生息しています。「小さじ1杯の土壌には、地球上の人類よりも多くの生物が含まれています」とベンダー氏は言います。チリのサント・トマス大学の土壌・菌類根生態学者であるセザール・マリン氏は、菌類や細菌を多く含むこの生物多様性は、リン、窒素、その他の栄養素の地球規模の循環に不可欠であると述べています。
これらに加えて、健全な土壌は地球上で3番目に大きな炭素吸収源であり、大気と地球上の植生を合わせたよりも多くの炭素を吸収します。また、土壌は浸食、洪水、水質汚染からも保護します。地球上で生きていくために必要なほぼすべてのもの、つまり私たちが食べるもの、飲むもの、呼吸するものは、足元の地面に由来しています。
したがって、土壌劣化への対策は極めて重要です。現在試験的に導入されている解決策としては、食用ではなく土壌を覆い浸食を遅らせるための作物の栽培、生産性向上と害虫の自然抑制のために2種類以上の作物を近接して植えること、土壌構造と炭素含有量を維持するために機械耕起を減らすことなどが挙げられます。科学者たちは、遺伝子組み換え技術を用いてより耐性のある植物を作り出し、自動データ収集を活用して作物の管理を微調整する精密農業にも取り組んでいます。「土地管理の方法を変えることが重要です」と、マンチェスター大学の生態学者リチャード・バードゲット氏は述べています。
「そしてもちろん、劣化した土壌の再生、つまり植物の再生を助け、土壌に生命を蘇らせることも重要です」とベンダー氏は付け加える。「ここで微生物接種が役に立ちます。」
プナ・バイオ社の研究者らがラ・プナ高地から微生物サンプルを採取している。写真：プナ・バイオ社
Puna Bio社は、極限環境微生物が植物にとって不利な条件下で貴重な支援となり、栄養分が乏しい状況でも植物がより多くの活動ができるよう支援できると考えています。「極限環境微生物は35億年もの間地球上に生息し、栄養分が極めて少ない極限環境で生きられるように進化してきました」とベルティーニ氏は言います。したがって、これらの微生物にとって、劣化した土壌で生育する植物との共存は容易なはずです。
例えば、Puna Bioが発見した微生物は、植物の根粒に一般的に見られる細菌よりも早く、より効率的に窒素を固定・変換することができます。また、土壌中のリンをより効果的に可溶化するのに役立つ有機酸をより多く生成するだけでなく、オーキシン（植物の成長を促進するホルモン）や酸化ストレスに対抗する酵素の生産量も増加させます。さらに、極限環境微生物は抗真菌物質を分泌し、鉄の吸収を助ける分子であるシデロフォアを分泌します。これらの微生物の最大の恩恵を受けるのは成長中の植物ですが、生育期が終わり、これらの植物が土壌に分解されると、土壌の質は徐々に向上します。
「そもそもこれらの微生物が優れた働きをする理由は、バイオフィルムを形成するからです。バイオフィルムは接着剤のようなもので、微生物は根に付着して他の微生物と競合し、植物と共生関係を築きます。さらに二次根の成長も促進します」とベルティーニ氏は説明します。
こうした利点は、「クンザのような製品への関心が非常に高い」ことを意味します、とファーマーズ・ビジネス・ネットワークで研究開発パートナーシップを管理するルーク・サミュエル氏は述べています。2021年以降、中西部の様々な州から約10の会員がクンザの試験に参加しています。「生産者は常に、農業経営に役立つ可能性のある技術を探しています。クンザは非常にユニークで、農家が暑さや干ばつなどのストレスをより適切に管理するのに役立つ可能性を秘めています」とサミュエル氏は言います。
極限環境微生物の活用の可能性は農業だけにとどまりません。現在、極限環境微生物はバイオ燃料の生産、頑固な汚れの除去、PCR検査の実現、薬剤耐性菌の対策などに既に役立っています。しかし、このような微生物が農業に応用されるのは今回が初めてです。
プナ・ビオは現在までに1,000種以上の極限環境微生物を収集しています。そのうち90%以上はラ・プナ湖（長年にわたり、季節を変えて複数回訪問して収集）で、残りはユタ州グレートソルトレイクで採取されたものです。
ベルティーニ氏が「当社の礎」と呼び、現在世界で唯一存在するコレクションである同社のコレクションは、一連のステップを経て構築されている。まず、新たな地域を探索し（同社が先月行ったように）、植物、土壌、水、岩石層などのサンプルを採取する。研究室に戻ると、チームはメタゲノムシーケンシングを実施し、サンプル中のすべての遺伝物質を読み取り、そこに存在する生物の特定に役立てる。
遺伝子解析は、どのような微生物が存在し、どれが植物の成長に最も役立つかを明らかにするために使用されます。写真：Puna Bio
科学者たちはその後、最も有望と思われる微生物を選び出します。これらの微生物とは、「リンの可溶化や窒素固定といった植物の成長を促進する大きな活性を持つ微生物であり、また、高塩分や高温といった様々なストレス条件下でも機能を発揮できる微生物です」と、同社のCEOであるフランコ・マルティネス・レヴィス氏は説明します。こうした特性は、微生物をスクリーニングし、既知の有用遺伝子とそのコピー数を特定することで得られます。
候補となる微生物はその後分離され、適切な培養培地で培養され、「なぜ通常の微生物に比べて耐性が強く、はるかに優れているのか」をさらに研究する、とベルティーニ氏は言う。
最終目標は、これらの微生物を農家に役立つ製品に組み込む方法を見つけることです。彼女は、対象作物に匹敵する極限環境の植物を探すことが有益だと指摘します。例えば、クンザに存在する2つの極限環境微生物は、大豆と同様にマメ科の植物に由来していました。
「最高のパフォーマンス」を示した極限環境微生物は、温室段階へと進み、植物に施用されます。「私たちは、それらのコロニー形成や様々な投与量などを分析します」とベルティーニ氏は言います。「植物に何が起きているかを理解したら、圃場試験に移ります。そして、製品の配合を最適化します。」
プナ・バイオの共同創業者兼最高科学責任者、エリサ・ベルティーニ氏。写真：プナ・バイオ
全体として、土壌劣化に対するこのような生物学的解決策は「有望なアプローチだ」とベンダー氏は言う。「肥料よりもはるかに持続可能だ」
ドイツの植物育種会社KWSグループに勤務し、以前は南米で10年以上働いていたイグナシオ・サルガド氏は、クンザの液剤を播種前に種にまぶすだけで済むのは非常に便利だと語る。ほとんどの農家は、この混合作業ができる機械を既に持っている。
しかし、他の専門家は、このような製品が現実世界でどれほど効果を発揮するかについて懐疑的だ。「温室では非常に綿密な環境が整えられており、極限環境微生物が競合するような複雑な微生物群集ではありません」と、国連食糧農業機関（FAO）の土壌多様性専門家、ジェイコブ・パーネル氏は言う。「しかし、現実には、一度それが世に出れば、土壌はそれぞれ異なり、物理的・化学的特性の異なる独自の微生物群集を持つことになります。」
さらに、外来種を混ぜ込んだらどうなるのかという、古くからの懸念もあります。「本来生息していない場所に新しいものを導入した場合の影響は、まだ分かっていません」とマリン氏は言います。
Puna Bioはこうした懸念を冷静に受け止めている。既存の土壌微生物との競合については懸念していない。「これらの極限環境微生物は、高地でトレーニングし、呼吸の改善といった特別な能力を身につけたアスリートだと想像してみてください」とレヴィス氏は言う。「ですから、海抜ゼロメートル地帯に到達した時、彼らは（そこに住むランナーたちよりも）多くの有益な特性を持っているのです。」
同社は昨年実施した分析で、クンザは既存の土壌微生物叢を変化させるのではなく、むしろ再編成することを発見した。
現時点ではKunzaは液体のみですが、ベルティーニ氏のチームは顆粒剤としての包装が可能かどうかを検討しており、これによりアルゼンチン（現在認可されている唯一の国）以外への輸出が容易になります。また、トウモロコシ、乾燥豆、サトウキビなどの作物向けの製品も開発中です。小麦種子用の液体接種剤は来年発売予定です。さらに、同社は生物殺菌剤の開発も進めています。
「サッカーに詳しい方なら、土壌に微生物界のリオネル・メッシを投入していると言ってもいいでしょう」とベルティーニは言う。その魅力はあまりにも強く、彼女は何度も魅惑的なラ・プナへと引き戻される。
世界は今、かつてないほど守られる必要があります。しかし、自然界を守り、人類の知識を進歩させるには、革新的で先駆的な解決策が必要です。このシリーズでは、WIREDはロレックス・パーペチュアル・プラネット・イニシアティブと提携し、最も差し迫った環境問題と科学課題の解決に取り組む個人やコミュニティにスポットライトを当てます。ロレックスはパーペチュアル・プラネット・イニシアティブを通じて、次世代のために地球を守り、保全するために尽力する人々を支援しています。#PerpetualPlanet #PlanetPioneers
2023年10月20日午前10時30分BSTに更新：リチャード・バードゲットのフルネームと所属が追加されました。
