新しい非営利団体が、目に見えないことが多い土壌菌の知名度を上げる野心的な取り組みを開始した。

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真菌のサファリ
新しい非営利団体が、目に見えないことが多い土壌菌の知名度を上げる野心的な取り組みを開始した。

https://www.science.org/content/article/myconauts-aim-reveal-often-hidden-soil-fungi-shape-ecosystems?utm_campaign=SciMag&utm_source=Twitter&utm_medium=ownedSocial

7月 20222 午後 7:03 etbyガブリエル・ポプキン
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マテオ・バレネンゴアL.
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この記事の一部はScience誌377巻6602号に掲載された。
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チリのビジャリカ国立公園-今年初め、菌学者たちがラニン火山の玄武岩の斜面を登っていくと、標高の低いところでは緑色だった葉が、秋らしい金色や赤色に変わっていった。チリの有名なアラウカリアの木（一般にモンキーパズルの木と呼ばれている）は間もなく姿を現し、そのとげとげの枝はたくさんの猫のしっぽのように上へ上へと曲がっていった。

それは菌根菌である。菌根菌は、アラウカリアをはじめとするこの森のほとんどすべての植物の根に絡みつく小さな生物である。多国籍の研究チームは、DNA検査の助けを借りて、どの菌類がここに生息し、どのようにこの複雑な植物群を支えているのかを正確に明らかにすることを期待し、土壌サンプルを採取しに来たのだ。重いブラシを藪漕ぎするような過酷な1日が終わるころには、菌類ハンターたちは7つの小さなビニール袋にさまざまな場所の土を詰めていた。それぞれの袋に「100種の未記載の菌類があっても驚かない」と、チリの非営利団体Fungi Foundationの創設者で探検隊のリーダーのひとりである菌類学者のジュリアナ・フルチは語った。

4月の登頂は、ある種のロードテストでもあった。菌類に焦点を当てた新しい非営利団体である地下ネットワーク保護協会（SPUN）が実施したいと考えている数多くの調査の最初のものである。菌根菌は地中にネットワークを作り、生態系の形成に重要な役割を果たすと考えられているが、見落とされがちである。

「SPUNの共同設立者であり、チリ探検のリーダーの一人であるアムステルダム大学（VU Amsterdam）の生態学者、トビー・キアーズは言う。「彼らがどこにいて、何をしているのかを解明する必要があります」。

SPUNのアプローチは大胆で、大げさですらある。このプロジェクトは昨年秋、巧みなビデオを含むメディアを駆使したキャンペーンを展開し、生物多様性を保護し、気候変動を抑制するためには、菌類の研究と保護に社会がもっと取り組むべきだと主張した。SPUNの研究者たちは、自分たちを未知の世界に向かう "マイコノーツ "と表現している。PROTECT THE UNDERGROUND（地下を守れ）」と書かれたブルーのジャンプスーツを着て、広報用の写真を撮ったり、フィールドで作業したりする。(私はジャンプスーツが大好きなんです」とキアーズは言う）ドキュメンタリービデオのクルーが、SPUNの科学者たちのチリへの最初の探検を追った。霊長類学者のジェーン・グドールやベストセラー作家のマイケル・ポーランといった有名人もSPUNのアドバイザーに名を連ねている。

大きなキノコのそばで、巻き尺を使ってひざまずくキアーズ。
チリのバルディビア国立保護区で菌類のサンプリング区画に印をつける菌類学者トビー・キアーズ。
しかし研究者の中には、SPUNのマッピング作業が実際的なインパクトをもたらすかどうか疑問視する者もいる。すでに自然保護活動家たちは、菌類を繁殖させ、地球温暖化につながる炭素を蓄積する森林やその他の生態系を保護しているからだ。また、SPUNが調査しているのは菌類群集の一部分、つまり植物の根と共生している菌類だけであるため、この調査がすでに科学者たちが知っていることを大幅に増やすことになるのかどうか疑問視する声もある。

アブドラ国王科学技術大学の植物科学者ヘリベルト・ヒルトは、「一つの微生物群をマッピングすることは、全体像を理解するためにはあまりにも限定的なように思えます」と言う。「この大きな科学プロジェクトから本当に多くのことが学べるのか、私はかなり懐疑的です」。

しかし、SPUNの土壌菌類を可視化する努力は、多くの菌類学者には歓迎されている。「スタンフォード大学の菌類学者で、SPUNのアドバイザーを務めるカビール・ペイは言う。「このような活動を支援するビジョンと関心を持つ篤志家がいることは驚くべきことです」。

評価されようとされまいと、菌類は地球の生態系にとって不可欠な存在である。菌類は陸上の動植物よりも何億年も前に進化した。岩石を分解し、栄養分を解放することで、約5億年前に植物が陸地に植民するのを助けた。今日に至るまで、ほとんどの陸上植物は、根の上に、そしてしばしば根の中に生える菌根菌と提携することによって、水と栄養分を得ている。(大雑把に言えば、"菌根 "は "菌類の根 "という意味である）いくつかの植物は、重要な栄養素であるリンの最大80％を菌類から得ている。また、菌類の中には、菌糸として知られる複雑な地下網を何キロにもわたって張り巡らせるものもある。「根があるところには必ず菌類がいる」とキアーズは言う。

松の木
子実体（スポロメ）
カエデ
マントル
根毛
胞子
C
N
P
N
P
C
重要なパートナーシップほとんどの陸上植物は、生き残るために菌根菌とチームを組んでいる。この太古からのパートナーシップによって、植物と菌類は地球の多くの地域で繁栄してきた。菌類は植物が光合成によって固定した炭素を受け取り、植物は栄養分と水を得る。科学者たちは、地中の生態系よりも地上の世界について多くのことを知っている。
アーバスキュラー菌根菌この小さな生物（青色）は、植物の根の細胞壁に入り込み、栄養素を供給し、代わりに炭水化物を受け取る。
外菌根菌キノコを形成する大型の菌類（紫色）は、土壌中に広範なネットワークを構築することができます。彼らは植物の根に水と栄養素、特に窒素を提供し、植物がストレスの多い条件を生き残るのを助けることができます。
ギブ・アンド・テイク菌根菌は、植物が必要とするリンの最大80％を与えます。その見返りとして、菌根菌は植物が土壌に固定する炭素の最大20％を得る。
N. デサイ/科学
しかし、どこにでも存在し、重要であるにもかかわらず、菌類は生物学のパラダイムに挑戦し、簡単には説明できない。例えば、多くの人が古典的な菌類だと考えているキノコは、より大きな生物の胞子を形成する付属物に過ぎず、通常は視界から隠されている。初期の生物学者は、菌類は光合成をしないにもかかわらず、植物と一緒にしていた。1969年になって初めて、科学者たちは真菌類を別の生命界として認識したのである。(個々の菌類を定義するのも難しい： 「ひとつの "菌糸体には多くの細胞核が存在し、必ずしも同じDNAを共有しているとは限らない。では、菌糸体は個体なのか、それともそれぞれの核なのか？

菌類は、世界的な科学や保全の課題において、しばしば二流の地位に追いやられている。トラやクジラ、ランのような視覚的に印象的でカリスマ性のある種が注目を集めているのに対し、菌類でその保全状態が評価されている種は600種にも満たない。シカゴ植物園のチーフ・サイエンティストであるグレッグ・ミューラーは、「菌類は植物に従属するグループとみなされている」と言う。しかし、一部の研究者たちは、この台本をひっくり返すことで対応している： ミューラーは少し皮肉を込めて、「植物は菌類を養うために存在する」と言う。

キアーズもその一人で、菌類を第一に考える世界観を持っている。彼女はアメリカで育ち、パナマにあるスミソニアン協会の熱帯研究ステーションに滞在している間に菌類に魅せられた。アムステルダムにある彼女の研究室では、顕微鏡や蛍光などのツールを使って、菌糸ネットワーク内を栄養分がどのように流れているかを明らかにしている。キアーズの研究チームは、ある種の菌根菌が、豊富な糖分を供給してくれる植物に対しては、他の栄養分をその植物の根に誘導することで報酬を与え、一方、ケチな植物に対しては、栄養分を差し控えることで「罰」を与えることを示した。キアーズは、このような結果は、菌類が真の力と主体性を発揮できることを示していると言う。

しかし、このような実験は、自然の生態系の中で水や養分を運ぶ手に負えないネットワークを極端に単純化している。その断絶がキアーズをいらだたせた。"何てことだ、現実の世界で起こっていることとどれだけ違うのだ？"と思うでしょう」。

黄色い枝分かれしたキノコ。
林床に生える茶色のキノコ。
紫色のフグタケ。
チリで発見された3種類の菌根菌は、樹木と共生するこれらの生物の多様性を示唆している。上から順に ラマリア・フラバ、ラッカリア・テトラスポラ、コルチナリウス・レブレ。
2020年9月、キアーズがアメリカの生態学者コリン・アヴリルとZoomで会ったとき、その疑問は宙に浮いていた。アヴリルはチューリッヒを拠点とする生態学者トーマス・クラウザー（Thomas Crowther）の研究室に所属しており、樹木、線虫、菌根菌などの生物の世界的分布のマッピングを専門としている。キアーズは、彼女の理想化された研究室での実験から得た洞察を、アヴリルが取り組んでいる地球規模の仕事につなげたいと強く願っていた。ふたりは最終的に、ボストンを拠点とするグランサム財団に、菌根菌を発見してマッピングし、気候変動対策として活用するための世界的な取り組みを提案した（下記のサイドバーを参照）。2021年11月、同財団はSPUNを立ち上げるために研究者たちに350万ドルを与えた。

同グループの課題は困難だ。地下世界の広大な領域はほとんどサンプリングされておらず、科学者たちは、正式に記載されている真菌種は全体の10％以下であると推定している。

その理由のひとつは、真菌の研究が非常に難しいからである。真菌はほとんどが地中に生息し、その多くは微小である。最も目に見え、親しまれているキノコは、特定の種類の真菌によってのみ作られる。それとは対照的に、アーバスキュラー菌根菌は、世界中のほとんどの植物種と共生し、植物の根の細胞壁の中に潜んでいる。この菌根菌は見つけるのも同定するのも非常に難しく、科学者たちは300種類以下しか記述していない。「私たちはまだ、多様性を意味のあるものとして語ることさえできません」とキアーズは言う。

ネイビーのジャンプスーツを着たフルチは、巨大な木の幹に背を向けて立ち、樹冠を見上げている。
チリの長寿のアレルセの木と一緒にいる菌類学者ジュリアナ・フルチは、この南米を世界で初めて菌類を法的に保護した国のひとつにすることに貢献した。マテオ・バレネンゴアL.
この問題に取り組んでいる研究者もいる。2014年、エストニアにあるタルフ大学の菌類学者レホ・テダースーが率いるチームは、南極大陸を除く全大陸365カ所の土壌サンプルの分析について『サイエンス』誌に報告した。その結果、真菌の多様性は必ずしも植物の多様性を反映していないことなどが明らかになった。言い換えれば、最も豊かな地上部の生態系だけを保護しても、地下部の生物の多様性を完全に保護できない可能性があるということだ。

現在SPUNのアドバイザーを務めるテダーズーは、この調査は「氷山の一角にすぎなかった」と言う。その後、テダーズーはグローバル土壌菌バイオーム・コンソーシアムを立ち上げ、同僚たちに真菌類を掘り出して乾燥させ、送ってくれるようメールで頼んだ。その結果、昨年末に発表された論文では、70万以上の「運用分類単位」（真菌の種を表す可能性のあるDNA配列）を持つ3200地点のサンプルが分析された。

その成果をもってしても、「すべての真菌生態学者が採取した土壌の総量からすれば、まだまだ微々たるものです」とピーは言う。SPUNは、記録された場所から採取した真菌サンプルの数を倍増させることで、より詳細な全体像を描くことを目指している。SPUNのリーダーたちは、自分たちで採取するサンプルもあるが、遠く離れたマイコノートのネットワークに資金を提供し、それぞれの地域のサンプルを採取できるように訓練することも計画している。

GPSからビニール袋に永久マーカーで座標を書き写すキアーズのアップ。
コンピューターモデリングは、SPUNの研究者が有望なサンプリング場所を特定するのに役立っている。彼らはGPSユニットを使ってサンプリング場所を見つけ、土壌サンプル袋に座標を記録する。
SPUNのデータはTedersooのデータと統合され、オープンリポジトリとして公開される予定である。「私たちはそのベースラインを作りたいのです」。

サンプリングの指針として、キアーズとアヴリルはクラウザー研究室のヨハン・ファン・デン・ホーゲンが開発した機械学習アルゴリズムを活用した。このソフトウェアは、既存の約1万件の真菌の記録と多数の環境データセットを用いて、真菌が生息する場所と地上部の植生、気温、降雨量などの変数との微妙な相関関係を導き出す。これらの相関関係から、現代のDNA分析では調査されていない、真菌にとって好条件の場所を特定することができる。

SPUNが特定したホットスポットの候補地には、モンゴルの高草原やコンゴ川流域の低地などが含まれる。また、モデリングによって、チリの原生林という別の候補地も浮き彫りになった。

SPUNのリーダーたちは、2つの理由からこの南米を最初の遠征地に選んだ。ひとつは、チリが世界的にもユニークな太古の森を有していること。たとえば、ビジャリカ山麓はアラウカリアとミナミブナの混生林で、その根にはユニークな菌根菌の集団が生息している可能性がある。

もうひとつは、チリのキノコを広範囲にわたって調査してきたフルチの故郷であることだ。彼女はまた、地下王国の保護を目的とした世界初の慈善団体のひとつである菌類財団の創設者でもある。2012年、「不公平感」が彼女を組織の設立へと駆り立てたとファーシは言う。「当時、チリでは菌類を擁護する人は誰もいませんでした」。

菌類学者のトビー・キアーズとマーリン・シェルドレイクは今年初め、チリの岩海岸でサンプルを採取した。
今回の旅でキアーズは、フルチ、独立系菌学者マーリン・シェルドレイク、そして彼の弟で英国人ミュージシャン兼録音技師のコスモ・シェルドレイクを含むチームを結成した。(火山を縦走した翌朝、研究者たちはバンに乗り込み、SPUNのモデリングによって特定されたサンプリング・スポットの星座に向かって未舗装の道を登っていった。有刺鉄線のフェンスの隙間に車を止めると、チームは目的地を隠すようにオーストラリアから輸入された外来種のユーカリの木立に飛び込んだ。一歩一歩、髪や衣服に引っかかる竹やぶやとげのあるブラックベリーを越えていかなければならない。「彼女は深いところから現れたんだ」とファーシが冗談を言うと、キアーズはGPSを使って特に危険な場所をナビゲートした。「コンピューターなんてクソくらえだ！」。とキアーズは言い返した。

宝物を集めるため、研究者たちは土を汚さないように青いビニール手袋をはめ、行動に移った。マーリンは長さ約4分の1の金属製の円筒をゴム槌で地面に叩きつけ、それを取り出した。土のコアを無事にジップロックのビニール袋に入れると、彼とキアーズはさらに8つのサンプルを採取し、1辺が30メートルの3×3のグリッドを形成した。

これらのサンプルが分析されれば、コンピューター・モデリングに基づく仮説、つまりユーカリ林は真菌の種類が比較的少ない「コールド・スポット」であるという仮説を確認することも反証することもできる。しかし、研究者たちはとにかく土壌を採取したかったのだ。背が高く、ほとんど滑稽なほど痩せたユーカリの木の根に、オーストラリアの木と一緒にヒッチハイクしてきた外来の真菌が生息しているかどうかを確かめたかったからである。このような人為的に変化した生態系がどのように機能しているかを理解することは、より自然な森林を理解することと同じくらい重要だとキアーズは言う。

ビーチに立ち、カメラに映らない誰かに向かってニヤリと笑うキアーズ。ネイビーのジャンプスーツにグリーンのビーニー。小石が敷き詰められたビーチにはヤシの木が並び、空は曇っている。
SPUNの創設者である真菌学者のトビー・キアーズは、実験室での実験と真菌の多様性と分布に関する世界規模の調査を組み合わせることで、生態系の形成に土壌真菌が果たす役割を明らかにしたいと考えている。チリのビジャリカ国立公園にあるラニン火山付近でサンプル採取の準備をするキアーズ。
この探検では、型破りなエピソードもあった。たとえば、火山でサンプルを採取する前に、研究者たちはコスモ・シェルドレイクに曲を演奏するように頼んだ。前日に会った先住民の長老が、菌類に音楽を捧げることを勧めていたことに触発されたのだ。彼がペニー・ホイッスルを取り出し、ケルトのポピュラーな曲であるクーリーズ・リールに続いて、心に染み入るような幽玄なメロディーを奏でると、一行は静まり返った。

別の停留所では、ファーチーがある夫婦を魅了し、前庭でのサンプリングを許可させた。キアーズとマーリンの演奏が終わる頃には、ファーシはリコリスを配り、あちこちでハグが交わされた。彼女はカップルに、匂いを嗅ぐために一握りの土を差し出した。「気に入ったわ」と男は感激していた。

翌朝、チームは西の太平洋岸に向かい、アレルセ・コステロ国立公園でサンプルを採取した。1週間あまりのフィールドワークで、研究者たちは合計約30の土壌サンプルを採取した。それらをチリのサント・トーマス大学の菌類学者セサール・マリンに渡し、DNA分析を依頼した。この結果は、マリーンが採取した追加サンプルも含め、SPUNのモデリングにフィードバックされ、予測を改善する予定である。

SPUNチームはチリのアラウカリアの森付近で土壌サンプルを採取した。何世紀も生き続けるこの木には、科学者がまだ説明していない真菌が生息している可能性が高い。
エドモントンにあるアルバータ大学の菌類学者ジャスティン・カルスト（Justine Karst）氏は、あまり研究されていない場所の菌類をマッピングするスパンの取り組みは、森林のような複雑な生態系がどのように機能しているかを科学者がより理解するのに役立つ「実用的」なアプローチであると言う。彼女はまた、多くの科学者が優先順位をつけないような、一般の人々を興奮させようとするチームの努力も称賛している。"私は彼らが何を生み出すか楽しみにしています"。

一方、SPUNはこの分析が、真菌を保護するための新たな取り組みを強化する一助になることを期待している。彼女のロビー活動により、チリの議員たちは10年前、菌類を正式に保護する世界初の法律を全国で可決した。

他の国々でも、菌類は公的な注目を集め始めている。ヨーロッパのいくつかの国では、絶滅の危機に瀕している菌類を保護するための措置がとられており、エストニアではレッドリストに指定されている菌類が生息する小さな保護区が作られた。(対照的にアメリカでは、菌類の地位は比較的低く、絶滅危惧種保護法で保護されている菌類はわずか2種（いずれも地衣類）である）。

昨年秋、絶滅の危機に瀕している種の世界的な「レッドリスト」を管理する国際自然保護連合（IUCN）は、自然保護団体Re:wildと同様に、菌類にも動植物と同様の配慮をするよう明確に求めた。そして2021年12月、国連食糧農業機関は土壌の生物多様性に関する国際ネットワークを発足させた。

倒れた木の枝に生えた菌類を調べるキアーズとシェルドレイク。
チリのバルディビア国立保護区で、木材に生える真菌を調べる菌学者のトビー・キアーズ（左）とマーリン・シェルドレイク。
IUCNの真菌保護委員会の委員長を務めるミューラーをはじめとする提唱者たちは、現在、生物多様性条約（Convention on Biological Diversity）に真菌保護の目標を明記するよう働きかけている。SPUNは菌類のためのロビー活動において「唯一の存在」ではないが、ミューラー氏は、SPUNが資金を提供する広報活動は、そのような活動の助けになると信じている。「この問題に明るい光が当たることで、多くのイニシアチブが前進する」と彼は言う。

しかし、影響力のある団体の中には、菌類を動植物ほど重要視していないところもある。世界最大の自然保護団体のひとつであるネイチャー・コンサーバンシーでは、生態系を優先的に保護する際、「特に菌類をターゲットにしているわけではない」と、同団体の最高保護責任者であるデビッド・バンクスは言う。「しかし、私たちはこのような大きな（生態系の）中で活動しているので、菌類を捉えることができるのです」。(SPUNは、太平洋の離島で菌根ネットワークを調査するSPUN主導の旅に資金を提供している。）

SPUNを支持する人々も、菌類の全体像が明らかになったからといって、自動的に実社会での成果が向上するわけではないことを認めている。「生物多様性のパターンをマッピングして示すことと、保全との関連性を示すことの間にはギャップがあります」とピーは言う。

それでもSPUNのリーダーたちは、世界的な保全活動に新たな地中の次元を加えることができると信じている。キアーズは、地球の陸地面積の3分の1近くにおいて、地上の生物多様性と地表の生物多様性が一致していないことを示唆する最近の研究を指摘している。つまり、北方林や乾燥地など、比較的生物種が乏しいと思われがちな生息地には、現在認識されているよりもはるかに多様な地下生物が生息している可能性があるということだ。真菌の多様性マップが改善されれば、林業や農業、気候変動抑制の取り組みに役立つだろう、と彼女は付け加えた。

しかしキアーズは、SPUNの最初の資金が尽きる前に、その価値を示す責任があると認識している。「地下の生態系を保護することに特化した組織を設立することには、明白なメリットがあるはずです」と彼女は言う。「時間は刻一刻と迫っている。

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ガブリエル・ポプキン
ある種の菌類を土壌に加えることで、樹木がより早く成長し、大気中の二酸化炭素をより多く吸収できるようになり、気候変動の抑制に役立つのだろうか？これは、新しい地下ネットワーク保護協会（SPUN）の研究者が答えようとしている疑問である。

2021年春、ウェールズ南西部の放棄された牧草地に、林業会社がSPUNの共同設立者である菌類学者コリン・アヴェリルが考案した実験のために11ヘクタールに2万5000本の木を植えた（本編上参照）。植林されたのは、英国では一般的な材木であるシトカスプルースと、在来の落葉樹の混植である。研究者たちは、苗木の根の半分に、同じ種類の成熟した森林から取り寄せた菌根菌（根と結合して植物に栄養を供給するのを助ける微生物）を加えた。現在、研究者たちは、菌根菌処理を施した樹木が、処理を施さなかった樹木よりも早く成長し、より多くの炭素を吸収するかどうかを確認している。同様の試験がユカタンでも進行中であり、今秋にはアイルランドで3本目の植樹が予定されている。

この試みは、適切な菌類が樹木の成長を強力に後押しすることを示唆する研究に基づいている。1月にISMEジャーナル誌に掲載された論文で、アヴリルらは、ヨーロッパ各地の森林における樹木の成長率は、菌類のパートナーによって最大3倍も異なると報告している。

しかし、菌類が苗木をどれだけ成長させるかは未解決の問題である。植林業者が根に垂らすことのできる菌根菌は、長い間企業によって販売されてきた。しかし、そのような市販の菌根菌ミックスは、特定の樹種や場所に適応したものではなく、それが役立つという証拠はほとんどないとアヴリルは言う。成功のためには、「適切な場所に適切な生物を植える必要がある」とアヴリルは考えている。

ウェールズでの実験は、その仮説を検証するものだ。アヴリルは4月に現地を訪れ、樹木を測定したところ、菌類を接種した苗木は無添加の苗木よりも成長が早いことがわかった。しかし、効果の大きさは十分に大きいので、もし効果がなくなったら驚きです」。

しかし、たとえ特注の菌類が野外研究で樹木の成長を促進したとしても、それが森林所有者に広くアピールできるほど安価で便利に導入できるかどうかはわからない。アヴリルはこの秋、彼が設立したFungaという会社を通じて、アメリカ南東部で商業的に植林される松に菌を接種する予定だ。

SPUNのアドバイザーを務めるスタンフォード大学の菌類学者、カビール・ピーは、「木の成長を促進するために菌類を調整するというアイデアは、私たちの多くが助成金に書いていることです」と言う。「誰かが実際に試しているのを見るのは嬉しいことです」。

著者について
ガブリエル・ポプキン
ガブリエル・ポプキンはメリーランド州マウント・レーニアを拠点とするジャーナリストである。

doi: 10.1126/science.add8089
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