ミイラ化した葉は地球の太古の気候と私たちの未来を垣間見せてくれる

2,300万年前のミイラ化した葉は、遠い将来、植物が気候変動にどのように対応するかを垣間見させてくれるかもしれない。8月20日に「Climate of the Past」誌に発表された研究で、生物学者と地質学者はニュージーランドの湖底で発見された非常に保存状態の良い化石を調査し、大気中の二酸化炭素の量が現在よりも高かった時代にそれらが繁栄していた証拠を発見した。同様の環境にあった現代の植物の葉と比較すると、古代の葉は水分の損失を最小限に抑えながら二酸化炭素をより効率的に吸収していた可能性がある。

「葉は常に大気と直接接触しています。植物は動物とは異なり、自然環境から身を隠すことはできません」と、コネチカット大学の地質学者で、今回の研究結果の共著者であるタモ・ライヒゲルト氏は言う。「植物は大気の変化に非常に敏感なのです。」

彼と彼の同僚が調べた化石は、地球が今より暑く、北極に氷床がなかった初期の中新世に遡る。この時期、ニュージーランドには亜熱帯雨林が生い茂っていた。ダニーデン北部の火山の噴火口、ファウルデン・マールでは、これらの森林の葉を保存する絶好の機会がまさに生まれていた。川から窪地に水が流れ込むことで形成される一般的な湖とは異なり、ファウルデン・マールの爆発的な噴火でできた噴火口には、雨水と地下水のみが供給されていた。流入する川の水が絶えず妨げられなかったため、この湖には酸素がほとんどないよどんだ水の層ができた。

「葉っぱや昆虫などの有機物が湖に落ちて底に沈んだ場合、その葉っぱを分解できる生物が湖底にいないので、そのままそのまま残ります」とライヒゲルト氏は言う。「そのため、非常に特殊な環境では、元の有機物がすべて残っているため、基本的にミイラ化したような素晴らしい保存状態になります。」

彼と彼の同僚は、ファウルデン・マールの堆積物から18種の樹木を代表する72枚の化石化した葉を調べた。顕微鏡でその薄片を調べたところ、葉には気孔が比較的少ないことが分かった。気孔とは、ガスが出入りする孔である。植物は二酸化炭素を取り込むためにこれらの孔を開ける必要があるが、その際に少量の水が漏れる。つまり、二酸化炭素レベルが高い場合、植物は気孔が少なくてもやっていけるということだ。

「植物が、必要な炭素をすべて摂取しながら、より少ない水分の損失が可能であれば、それは植物が実質的に干ばつ耐性が増し、そうでなければ乾燥しすぎてしまう地域にまで生息範囲を広げられることを意味します」とライヒゲルト氏は言う。したがって、化石の葉の気孔が限られていることは、二酸化炭素が豊富な大気中で進化したことを示唆している。

これらの状態を裏付けるさらなる証拠は、葉の化学組成から得られた。大気中には数種類の炭素（同位体と呼ばれる）が浮遊している。最も一般的な同位体である炭素12は、最も軽いものでもある。「炭素13は重いため、動きにくく、植物は炭素が不足した場合にのみ炭素13を吸収します」とライヒゲルト氏は言う。ライヒゲルト氏と同僚は、葉に炭素12が豊富に含まれ、そのややかさばる同族の炭素13がほとんど含まれていないことを発見した。これは、植物が十分な二酸化炭素を利用できることを示唆している。「吸収した炭素の種類と葉にある気孔の数の組み合わせを比較すると、葉が利用できる二酸化炭素の量をかなり正確に再現できます。」

研究者らは、当時の大気中の二酸化炭素濃度は 450 ～ 555 ppm だったと推定しており、これは地球の歴史のこの時期に見られた温暖な気温とよく一致している。比較すると、産業革命以前の二酸化炭素濃度は 300 ppm 未満だった。現在では 400 ppm を超えており、2040 年までに二酸化炭素濃度は 450 ppm に達すると予想されている。

現在、二酸化炭素の過剰供給は世界中で植物の成長を促しているが、この肥料効果は植物が気候変動に関連するすべての問題を解決することを意味するものではない。将来、植物はこれらの条件を利用して生息地を拡大するように進化するかもしれないが、ライヒゲルト氏は「それはずっと先の未来の話だ」と語る。

今のところ、植物は森林破壊や、急速に変化する環境条件の不安定化の影響と闘わなければなりません。近い将来、これらの力が植物にストレスを与えるようになるため、大気中に排出する二酸化炭素の量を制限することがますます重要になります。