樹皮の中の飢えた微生物がメタンを貪り食う

今日の地球科学者の多くは、炭素の観測者です。人類が炭素循環を軽視してきたことが気候を悪化させてきたことを認識し、彼らは炭素の最も高温の変種である二酸化炭素（CO2）とメタンに注目してきました_。どちらのガスも温室効果によって地球に熱を閉じ込めますが、100年間でメタンはCO2の28倍の温室効果をもたらします_。温室効果ガスの流れを厳密に考慮することは、将来の気候を予測するモデルを構築する第一歩です。

メタン予算のうち、パイプラインの漏洩や牛のオナラなど、いくつかの項目はよく理解されている。しかし、他の項目はより曖昧だ。「特に湿地や内陸水域では、多くのギャップと不確実性があります」と、オーストラリアのサザンクロス大学の生物地球化学博士研究員、ルーク・ジェフリー氏は言う。グローバル・カーボン・プロジェクトによる2020年の集計によると、湿地は地球の年間メタン排出量の約20～31%を排出しており、これは化石燃料生産による量を上回っている。

しかし過去10年間、研究者たちは温室効果ガス排出源として、おそらく直感に反すると思われる樹木に注目してきました。特に淡水湿地の樹木です。湿地や冠水した土壌に浸かる樹木はメタンを吸収し、樹皮を通して放出します。2017年の研究で、当時英国のオープン大学に在籍していた生態学者スニタ・パンガラ氏は、アマゾンの樹木が他の湿地林の樹木に比べて200倍ものメタンを排出しており、この地域の総排出量の44～65%を占めていることを発見しました。

これは木が地球に悪いということか？もちろんそうではない。木は大気中の二酸化炭素を吸収する。そして4月9日にNature Communications誌に発表された研究で、ジェフリーと彼のチームは、木がメタンの吸収源にもなり、メタンのより害の少ないCO2に変換する微生物をかくまっていることを報告している_。彼のチームは、オーストラリア東部の沼地に生えるペーパーバークと呼ばれる木の一種で、メタン栄養菌、つまりメタンを食べる微生物を発見した。この微生物はメタンを貪り食い、木からの潜在的な排出量を約3分の1に減らす。この発見は、専門家が気候予測に不可欠だと言っている、とらえどころのないメタン予算において、木がどのように関わっているかをより明確にするものだ。

「これは重要な貢献であり、時宜を得たものです」と、スミソニアン環境研究センターの生物地球化学者、パトリック・メゴニガル氏は述べている。同氏は今回の研究には関わっていない。メゴニガル氏は10年以上にわたり樹木からのメタン放出を研究しており、湿地や高地の森林における温室効果ガスの流れの専門家である。

「この論文を見た時、『マジか、これは本当に興味深い』と叫びました」と、インディアナ大学オニール公共環境学部の名誉教授、ジェフリー・ホワイト氏は語る。今回の研究には関わっていないホワイト氏は、30年以上にわたりメタン循環を研究してきた。ホワイト氏は、この論文は、メタン資化菌の活動が樹皮で起こっているという、研究者たちが抱いていたものの確証を得られなかった予感を巧みに裏付けていると述べている。ホワイト氏はこの研究を「極めて重要」と評している。

メタン酸化細菌はどこにでも存在し、地球上の大気中の酸素が存在するのと同じぐらい前から存在しているため、ホワイト氏はこれが孤立したケースではないと確信している。同氏はミネソタ州の白樺でも同様の行動に気づいたという。

湿地は、他のどの自然発生源よりも多くのメタンを大気中に放出しています。しかし、メタン酸化細菌がいなければ、推定50～90%多く放出されるとされています。これらの微生物は、燃焼と同様にメタンを二酸化炭素に変換します。このプロセスは、文字通りゆっくりとした燃焼です。しかし、湿地のメタンの大部分が大気中に到達するのを防ぎ、土壌を発生源と吸収源として機能させています。樹木内部で繰り広げられるメタンの饗宴については、ほとんど知られていません。

ジェフリーはもっと明確な答えを求めた。数年前、彼の関心はペーパーバークに移った。「ペーパーバークは、驚くほどの樹皮の層を持つ、とてもユニークな木です」とジェフリーは言う。これらの層は湿っていて暗く、メタンを含んでいることが知られている（ジェフリーは時々それを「トリーエタン」と呼ぶ）。「メタン資化菌にとって理想的な場所かもしれないと思ったのです」と彼は続ける。そこで彼は、ガスを食べる微生物がそこに潜んでいることを証明しようと試みた。ジェフリーは、彼らの欲求を満たす一連の実験を設計した。まず、3か所の湿地帯で木の樹皮をスライスし、その細片をメタンを入れたガラス瓶に密封した。そして、待機した。1週間以上かけて、瓶内のメタン濃度の低下を測定した。いくつかのサンプルでは、​​半分以上が消失した。殺菌した樹皮を入れた、または何も入れなかった対照瓶では、メタン濃度は紙のように平らなままだった。

ジェフリーのチームは、メタン資化菌が好みが分かれることも知っていた。メタンの炭素原子1個は、2つの安定同位体、つまり典型的な炭素12と、余分な中性子を持つより重い炭素13のいずれかとして存在することができる。炭素13の結合は切断されにくいため、メタン資化菌は軽い同位体を好んで食べる。ジェフリーのチームは、瓶内の炭素13-メタンの相対的な濃度が時間とともに増加することを発見した。樹皮の中の何かが生きていて、選択的に食べていたのだ。まるで子供がピンクのスターバーストを選り分けた後、黄色のスターバーストを袋の中に残すように。

これらの活動の痕跡に勇気づけられた彼らは、町の反対側にあるモナシュ大学の微生物学者に樹皮を送り、そこに生息するすべての種の微生物分析を行った。その結果、ペーパーバークのサンプルには、周囲の土壌や沼地には見られない、活気に満ちた独特な細菌集団が含まれていた。そのほとんどは、メタンを必要とするメチロモナス属に属する細菌だった。

しかし、これらの結果はすべて実験室で得られたものであり、ジェフリーのチームは実際の生きた木がどのように振る舞うか、特にメタンをどれだけの速さで漏出するかを観察する必要がありました。彼らはニューサウスウェールズ州の湿地帯の森を歩き回り、ペーパーバークの側面に密閉されたチャンバーと分光計をそっと取り付け、木が毎秒どれだけの量を放出するかを測定したのです。

次にジェフリーは、ジフルオロメタンと呼ばれるガスをチャンバーに注入した。ジフルオロメタンはメタン資化菌にとって意外なごちそうで、一時的に食欲を抑制してしまう。「実際にメタンを摂取させなくなるんです」とジェフリーは言う。ガスを1時間拡散させた後、ジェフリーはガスを洗い流し、排出物を再検査した。微生物が餌を食べなくなったため、メタン濃度が急上昇した。研究チームの計算によると、微生物は平均して、本来大気中に放出されるはずのメタンの36%を除去していたという。

メタンのほとんどは実は湿った土壌で発生するとジェフリーは言う。微生物が土中の有機物を分解してメタンを放出する。一部は土や水から泡となって出てくるが、一部はストローのように木の根を通って上昇したり、樹皮にしみ込んでから木材を通して拡散する。（木の中では別の微生物も独自のメタンを生成することができるが、ジェフリーは樹皮のメタンの同位体シグネチャーが土壌のものと一致するという証拠を発表している。）木に生息する微生物のおかげで、メタンが害の少ない二酸化炭素に変換されるため、大気中に放出されるメタンの量が少なくなる_{。 「土壌中のメタンは、いずれにせよ湿地から上がってくるものでしょう。木を通って上がってくる場合は、バクテリアの厳しい試練を乗り越えなければなりません」とジェフリーは言う。「ですから、この新しい発見により、私は今では木を}メタンフィルターのようなものとして見ているのです。」

「これは長い間関心を寄せてきた疑問なので、本当に興奮しています」と、バージニア州ホリンズ大学の微生物生態学者、メアリー・ジェーン・カーマイケル氏は語る。カーマイケル氏は今回の研究には関わっていない。カーマイケル氏は2017年の研究で、枯れ木もメタンを排出すると報告している。（同様に、ジェフリー氏も以前の研究で、枯れ木は生きている木の8倍のメタンを排出すると示している。）「微生物の能力に驚くことはまずありません」とカーマイケル氏は言う。「おそらく、これがかなり広範囲に及ぶ現象であることが分かるでしょう」

樹木が環境にどのようにメタンを蓄積し、あるいは減少させているかを理解することは、科学者が地球規模の炭素計算を調整する際に役立つだろう。衛星データは上空からの排出量の追跡には役立つものの、真の予測にはそれぞれの排出源と吸収源に関するより詳細な情報が不可欠だと、ヴェルサイユ・サン・カンタン大学の環境科学者で、全球メタン予算の調整役を務めるマリエル・ソノワ氏は述べている。しかし、この研究がすぐに気候モデルを変えるわけではない。「これらのプロセスは重要ですが、非常に局所的です」とソノワ氏は言う。樹皮微生物の影響を地球規模、あるいは地域規模の視点にまで拡大するのは困難だ。また、この研究は湿地の排出量が気候によってどのように変化するかを予測するのに役立つものの、地球規模のモデルにはまだこうしたフィードバック効果が組み込まれていない。「理想的には、組み込まれるべきです」とソノワ氏は言う。

「植生と植物由来のメタン排出経路は、実のところ世界のメタン予算の中であまり研究されていない要素です」とカーマイケル氏は同意する。

地球の気候挙動はフィードバックループに満ちています。例えば、気温、湿度、二酸化炭素_は樹種の分布に影響を与え、それがメタンの排出量に影響を与え、それが気候に影響を与える、といった具合です。これらの微生物の存在を知ること、そして将来、それらが他にどこに存在するかを正確に特定できる研究が進めば、メタンモデルはより堅牢になり、気候予測の精度向上につながります。

「これは良いニュースです」とメゴニガル氏は言う。メタンが豊富な湿地林では、微生物が排出を緩和する。メタン排出量が少ない乾燥した高地林では、「微生物が私たちに代わって大気からメタンを除去しているのかもしれません」と彼は言う。

ジェフリー氏は次に、樹木による温室効果ガスのろ過が季節によってどのように変化するかを調べる予定だ。論文を発表して以来、森林のメタン酸化細菌を気候変動対策に活用する方法について、様々なアイデアが寄せられている。科学者が他の樹種にこの微生物を接種して、メタンを大量に排出する森林を造成できるだろうか？おがくずの中で培養し、林床に散布できるだろうか？牛の餌にできるだろうか？「正直なところ、全く分かりません」とジェフリー氏は言う。「それに、私は自然をあまりいじりたくないんです」

さらに、メタン酸化細菌を拡散させるのに人間の助けは必要ないかもしれないと彼は指摘する。「おそらく、他の場所、他の樹木にもこの細菌が生息しているのが見つかるだろうと私は推測し、そして期待しています。」

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