公開日: 2025年1月15日午前10時6分 (オーストラリア東部夏時間)
著者 Kristine Crous, Kali Middleby
オーストラリア東海岸の熱帯北クイーンズランド (tropical North Queensland) には、デインツリー熱帯雨林 (the Daintree rainforest) があります。木々が密集し、ほとんど通り抜けられないほどの緑の塊を形成している場所です。
森に入ると、タイムスリップしたような気分になります。そこには、古代の超大陸ゴンドワナ (Gondwana) にまで遡る 古代の植物科が数多く生息しています。空気は暖かく、湿気が多く、濡れた葉や土の土っぽい匂いが漂っています。密集した樹冠の間から太陽の光が散りばめられ、シダや苗木が林床を覆い尽くしています。
デインツリー熱帯雨林や、アマゾン (the Amazon)、コンゴ盆地 (the Congo Basin)、東南アジア (Southeast Asia) などの他の熱帯雨林は、地球の「肺」と呼ばれています。これらの熱帯雨林は、空気中の二酸化炭素を吸収し、光合成: photosynthesis（植物が二酸化炭素を吸収してエネルギーを固定するプロセス）によって水蒸気と酸素を放出します。
このため、葉の茂った樹冠は、地球の気候を調整し、地球温暖化を緩和する上で重要な役割を果たしています。
しかし、私達の 最近の研究 では、気温の上昇が熱帯林の光合成能力に深刻な影響を与えることがわかっています。これにより、大気から二酸化炭素を吸収する能力が妨げられ、地球温暖化の緩和における役割が減少し、気候変動が悪化します。
急速に変化する気候への対応
植物がさまざまな環境に適応する能力（順応: acclimating とも呼ばれます）は、変化する世界に対処するための重要な戦略です。
植物は環境に動的に順応することができます。温暖化すると、植物は光合成を調整して、適度に高い温度でより効率的に機能することができます。これにより、植物はこれらの新しい条件下で 炭素吸収を維持または増加させる ことができます。
ただし、熱帯樹木は比較的安定した気候条件下で進化してきたため、温暖化に順応する能力が限られている可能性があります。その結果、熱帯樹木は損傷を受けずに耐えられる温度の 上限にすでに近づいています。
熱帯雨林の樹木の葉を温める
この理論を検証するため、デインツリー熱帯雨林で高さ 15 ～ 30 メートルの熱帯樹木に焦点を当てた実験を行いました。
キャノピー クレーンを使用して 樹冠にアクセスし、特注の葉ヒーター ボックスを設置して、成熟した樹木 4 種の葉を 4°C 温めました。これは、熱帯システムで 2100 年までに 予測される 温度上昇です。
ボックスはプラスチックのテイクアウト容器で作られ、葉を固定するための釣り糸と、葉を温めるための電熱線が付いていました。実験中は葉の温度が測定され、フィードバック制御アルゴリズムを使用して一定の加熱が維持されました。
実験は 8 か月間続き、成熟した熱帯林で最も長く行われている現地での葉の加温実験の 1 つとなっています。
加温された葉の生理学的反応と加温されていない葉の反応を比較することで、熱帯樹木の葉が将来の気候温暖化にどのように反応するかを現実的に把握することができました。
温暖化はすべての種で光合成を低下させる
私たちの研究では、温暖化はすべての種で光合成を低下させることが分かりました。
温暖化された葉の光合成速度は、温暖化されていない対照群と比較して平均 35% 低下しました。この低下は、2 つの主な要因によって引き起こされました。
まず、二酸化炭素が入り込み、水が逃げる気孔 (stomata) と呼ばれる葉の孔が、温暖化された葉の周囲の 乾燥した空気に反応して 開きにくくなりました。
次に、気温の上昇により光合成に不可欠な酵素が阻害され、炭素を固定する能力が低下しました。
8 か月の温暖化後も、樹木は高温に適応する能力がほとんどありませんでした。高温で効果的に光合成する能力が向上したり、光合成を維持できる最高温度が変化したりすることはありませんでした。
これは、これらの樹木がすでに熱限界に近い状態で活動している可能性があるという考えを裏付けています。
地球規模の水循環への重大な影響
気温上昇による気孔閉鎖による炭素吸収量の減少と水分損失の減少という私たちの研究結果は、熱帯システムにおける水交換の「弱まる脈動: weakened pulse」という概念と一致しています。
これは地球規模の水循環に重大な影響を及ぼします。
気孔閉鎖は大気中に放出される水を制限する可能性がありますが、同時に乾燥した大気は樹木からより多くの水分を抽出し、複雑な力学を生み出します。
温暖化に対する熱帯林の反応は間違いなく水循環に影響しますが、全体的な影響は不確実です。
適応の余地はほとんどない
他の研究でも、気候変動が熱帯生態系に悪影響を及ぼし、大気の 温暖化 と 乾燥化 が悪影響を及ぼしていることが指摘されています。
低地の熱帯環境は、すでに光合成の生理学的限界に近づいています。そのため、気温上昇と乾燥した条件に樹木が適応する余地はほとんどありません。
気候モデルによる温暖化と乾燥化の予測と合わせて、これらの研究は、気候変動下で 熱帯林の回復力が低下し、地球の肺としての役割が弱まることを指摘しています。
熱帯雨林の生物多様性の保護は希望をもたらす
しかし、すべての種が同じように脆弱なわけではないため、熱帯雨林の生物多様性はいくらかの希望をもたらします。
最近の研究 では、成長の早い種は成長の遅い種に比べて温暖化の影響を受けにくいことがわかっています。これは有望ではあるが、長生きする種が長期的な炭素貯蔵において最も重要な役割を果たすことを忘れてはならない。
これらの調査結果は、熱帯林を保護し、二酸化炭素排出による地球温暖化の規模を制限する緊急性を浮き彫りにしています。
保全戦略は、回復力を高めるために生物多様性を維持し、温暖化する世界に順応する可能性が高い種を特定することに重点を置くべきです。
この記事は、クリエイティブコモンズライセンス(CCL)の下で The Conversation と各著作者からの承認に基づき再発行されています。日本語訳は archive4ones(Koichi Ikenoue) の翻訳責任で行われています。オリジナルの記事を読めます。original article.
