デビッド・アーキー / WIRED
8年前、オランダの微生物学者ヨス・ライマーカーズ氏は、多くの人が地味だと考える研究テーマ、つまり豆の内部構造の調査に取り組んでいました。コロンビアの田舎の山腹を歩き回り、ライマーカーズ氏と彼のチームは野生の豆の根から土壌サンプルを採取し、そこに生息する微生物や菌類の繁栄する群集のスナップショットを撮影しました。
発見した事実は彼らを不安にさせた。野生の豆は、栽培種とは異なる微生物を根の周りに密集させていたのだ。たとえ同じ土壌に植えたとしても。「これはこのプロジェクトだけにとどまらない、もっと大きなプロジェクトになると思う」と、ラーイマーカーズはある晩、ビールを飲みながら同僚たちに言ったことを思い出す。
科学が長らく見過ごしてきた土壌中の豊かな生態系――細菌、菌類、線虫、ミミズが互いに栄養を与え合う場所――が、植物の生命を支える上で重要な役割を果たしていることが、ようやく理解され始めたところです。このシステムがどのように機能するのかは、いまだ謎に包まれています。しかし、腸内細菌が精神衛生に影響を与えると考えられているのと同様に、植物の健康が土壌中の微生物と関連していることに疑問を抱く人はほとんどいません。
そして、ラーイマーカーズの豆は、私たちの食糧生産システム全体を揺るがす恐れのある地下の危機に対する解決策となる可能性がある。
耕作地は縮小し、死に瀕している。病弱な現代の作物は、生き残るためにますます肥料と農薬に頼っており、これは土壌にとって死の鐘を鳴らすものである。集約的な農業もまた、土壌から栄養分を吸い上げ、完全に補充することなく、それを補っている。世界人口は2050年までに100億人に達すると予想されており、食料需要の増加が土壌を消滅させるのではないかと懸念されている。
今も野生で育つ祖先作物は、このジレンマを打開する糸口となるかもしれない。栄養欲が比較的少なく、病害とより強い抵抗力を持つ微生物群を多く含む祖先作物を、ラーイマーカーズ氏らは数千年にわたる品種改良によって失われた有益な古代植物の形質を発見し、再導入することを目指している。
「私たちは失われた微生物を見つけ、それらの微生物が植物の成長や保護に有益な機能を持っているかどうかを確認しようとしています」と、現在コロンビア、エチオピア、オランダにまたがる圃場試験でジャガイモやモロコシなどの作物の野生種をテストしているラーイマーカーズ氏は言う。
オランダ生態学研究所（NIOO）の同僚であるウィム・ファン・デル・プッテン氏も、現代の食用作物は早急に刷新する必要があることに同意している。「私たちの生態学的研究は、農業にある種のシステムエラーがあることを示しています」と彼は述べ、人間は栄養価は高いが病気にかかりやすい植物を常に選抜することで、自ら問題を招いてきたと説明する。「土壌は一度しか使えないものですから」
私たちの足元に隠れている土壌は、これまで人々の記憶から遠く離れてきました。しかし、科学者たちは土壌が直面する数々の脅威について懸念し始めています。まず、肥沃な土壌は有限の資源です。植物の生育に必要な栄養素のほとんどを含む土壌の最上層である表土が1センチメートル形成されるまでに1世紀以上かかります。しかし、耕作や単作といった近代的な農法によって表土は著しく弱体化し、強風で吹き飛ばされたり、豪雨で流されたりしています。農薬や肥料もまた、土壌を緩める微生物の活動を阻害しています。英国環境庁が6月に発表した報告書によると、イングランドとウェールズの耕作地の40%が浸食の危機にさらされていると考えられています。
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さらに悪いことに、土壌は世界最大の炭素貯蔵庫であり、それを破壊すれば膨大な温室効果ガス排出を引き起こす可能性があります。ランカスター大学のサステナビリティ教授、ジェシカ・デイヴィスは、土壌の破壊は気候変動を加速させると述べています。「土壌には、すべての樹木と大気を合わせたよりも多くの炭素が含まれています。」 他にも問題があります。大型車両は土壌を踏み固め、水の通り道を塞ぎます。また、開発業者は土壌の上にコンクリートをどんどん流し込むことで微生物の活動を衰弱させています。
この混乱に加え、世界人口の急増により、専門家たちは、ストレスを受けた土壌では将来的に十分な作物を栽培できなくなるのではないかと懸念している。国連の気候変動に関する政府間パネル（IPCC）は今月、土壌の健全性への配慮が不十分だと食料安全保障が危険にさらされると警告する報告書を発表した。
しかし、鋤やコンクリートよりも根本的な問題が土壌を脅かしている。それは、貪欲な植物だ。「1万年前、農作物は大麦や小麦のような大きな種子を持つ種から開発されました」と、NIOOの陸生生態学の権威であるファン・デル・プッテン氏は述べ、大きな種子は集めやすく、食用にも適していると説明する。
しかし、これらの作物は「負のフィードバック」を引き起こす可能性があり、つまり、同じ土壌で植えるたびに、その作物の生育能力が低下するということです。「これらは成長の早い植物で、自然界ではただ生えてきて、急速に成長し、種子を作り、そしてまた消えてしまいます。その行動は非常に短命なのです。」
農家はかつて、この問題を回避するために長年にわたり輪作を行ってきました。土壌の回復を促すため、栽培する作物の種類を変えるという手法です。しかし、現在では輪作を行う経済的インセンティブがほとんどないため、輪作を行う農家は大幅に減少しています。数千年にわたる品種改良によって培われた、水はけの悪い作物を繰り返し栽培することは、収穫のたびに増大する問題、まるでペイデローンの複利のように、新たな問題を生み出しています。
古代の農民は野生植物を採取し、数千年かけて、異常に大きく高カロリーの種子を持つ突然変異体を選抜してきました。欠点は、高収量と病害抵抗力のトレードオフの結果、今日の作物は古代の祖先よりもはるかに多くの水を必要とし、はるかに脆弱であるということです。また、栄養も貪欲です。
単に栄養分を化学肥料に置き換えるだけでは、解決策としては不十分です。地下水や大気汚染といった問題に加え、過剰な窒素施用は土壌を酸性化させる可能性があり、リンは微生物に悪影響を与えると考える研究者もいます。ファン・デル・プッテン氏は、土壌への負担が増大しているため、問題が今になって顕在化しているだけだと述べています。
ファン・デル・プッテン氏やラーイマーカーズ氏のような研究者たちは、この問題は根本から取り組む必要があると考えている。NIOOは、光り輝く実験装置、温室、試験圃場を備えた未来的な木とガラスの複合施設で、研究者たちは古代の作物品種の力を活用する方法を研究している。その考え方は、特定の植物形質が殺虫剤や肥料の使用量を減らすことができれば、土壌に恩恵をもたらすというものだ。土壌への負担が少なく、栄養価の高い種子を生み出す植物形質についても同様だ。
ファン・デル・プッテンが検討している一つの方法は、「中期遷移」種、つまりコケや地衣類、草が定着した後に芽生える植物を研究し、これらの植物が領域に定着する際に要求が厳しくない特徴を特定するというものである。
ラーイマーカーズが試験している代替アプローチは、古代の植物種の周りに生息する有益な微生物に関連する形質を探し出し、植物育種を通じてそれらの形質を現代の品種に選抜するというものである。これにより、現代の作物栽培システムを維持しながら、その最大の悪影響を排除することができるだろう。
種子会社からの強い関心を受けて、Raaijmakers はハイスループットスクリーニングなどの化学分析の最近の進歩を利用して、野生植物に関連する微生物叢の正確なマップを作成し、病気と戦う細菌や真菌を分離しています。
この作業は実行可能だが、ロジスティクス面では困難を極める。研究者たちは、アンデス山脈など、植物が自生する圃場を何度も往復し、植物の発育段階の異なる土壌を研究する。国際的なバイオセキュリティ協定に伴う土壌輸送の制限のため、分析は多くの場合、現地で行わなければならない。有望な微生物や菌類が見つかったら、温室や実験室での実験へと進む。
発展途上国における主要穀物であるソルガムを対象としたプロジェクトが最も進んでいる。ビル＆メリンダ・ゲイツ財団の資金提供を受け、ラーイマーカーズ氏はソルガムの原産地であるエチオピアで圃場試験を実施している。その目的は、ソルガムの収穫を壊滅させる紫色の寄生植物「ウィッチウィード」を、強力な微生物を用いて駆除することだ。ラーイマーカーズ氏はすでに温室実験を行っているが、結果については慎重な姿勢を見せている。「現段階で楽観視するのは時期尚早です」とラーイマーカーズ氏は語る。
しかし、一部の人々にとって、迫り来る土壌危機に対する賢明な解決策は、もっと平凡なものだ。元土壌研究者のジェニファー・ダンゲイト氏は昨年、学界を離れ、農家に対し、土壌ストレスを軽減するための簡単な方法を説いている。例えば、耕起を控える、茎を地面に残してマルチングする、冬に土壌の流出を防ぐために被覆作物を植えるといった方法だ。「（菌類は）鋤で切り刻まれては生きられないのです」と彼女は言う。
たとえ作物栽培を完全にリセットすることができたとしても、研究者にとって時間は限られている。圃場試験は最大10年かかり、その後に長い品種改良プロセス、そして規制上のハードルを乗り越える必要がある。ラーイマーカーズ氏は、新しい作物が播種されるまでには10年から20年かかると推定している。ファン・デル・プッテン氏は、最大40年かかる可能性があると述べている。
NIOOの取り組みは「探索的」だとファン・デル・プッテン氏は認めた。しかし、彼はすでに破滅へと突き進んでいるシステムの解決策を見つけようと躍起になっている。農業を立て直すには、作物の生育に必要な土壌を完全に破壊することなく、高い収穫量を維持する方法を見つける必要があると彼は言う。それを実現するには、何かを犠牲にしなければならないと彼は言う。「狂ったように生き続けることはできない」
この記事はWIRED UKで最初に公開されました。
