豆の話 - 植物の通信

野菜は、その間でのメッセージを運ぶのに菌を使う

植物が、危険が近づいた時に警告を発するのに使う地下のインターネットを開発しているという考えは、どんな種類の科学的事実と言うよりも、ジェームス・キャメロンの映画『アヴァター』のSFのように聞こえる。しかし、もしアバディーン大学のデヴィッド・ジョンソンによる研究が従うべきものであるのならば、事実はそうでありそうだ。ジョンソン博士が信じるところでは、彼は、インターネットのように、もしその隣人の一つがアブラムシによって攻撃されたら、菌糸が現地のWi-Fiの代わりとなって、豆の主茎に危険を警告することを示している。

これを示唆する実験は、トマトが葉枯病にかかった時、たとえ問題の植物の間の空気の流れがすべて除去されても、近くのトマトは感染の発生を防ぐ遺伝子の活性化を始める、という、2010年の中国人チームによる発見を追いかけていた。この研究を行った研究者たちは、その菌糸が(食料の代わりにトマトに鉱物を提供するという形で)トマトと共生し、またその植物をお互いにつなげるネットワークを形成する土壌菌を知っていた。彼らは、証明できなかったけれども、危険を知らせる分子がこの菌のネットワークを通して伝えられたと推測する。

ジョンソン博士は、彼自身の過去の研究から、ソラマメがアブラムシに攻撃された時、彼らは寄生虫を刺激し、アブラムシを狩るスズメバチを惹きつける揮発性化学物質で反応することを知っていた。けれども、彼は、そのメッセージがトマトのように植物から植物に広がりうるのかは知らなかった。だから、彼は見つけ出そうとし始め、菌がメッセンジャーなのかどうか示すだろう方法でそうした。

エコロジー・レター誌の中で報告するように、彼とその同僚は、8つの「メソコスム」を立ち上げ、それぞれが5つの豆の茎を含むようにした。その植物は4か月間育てられ、この期間中にそれぞれの植物は土壌中の共生する菌と相互作用できた。

けれども、すべての豆の茎が、その菌と同じ関係を持ったわけではなかった。それぞれのメソコスムで、ひとつの植物は幅半ミクロンの穴によって透過性になったメッシュによって囲まれた。その大きさの差は根も菌糸も透過するには小さすぎるが、それらは水と溶解化学物質は透過できる。二つの植物は40ミクロンのメッシュで囲まれた。これは、菌糸は透過できるが、根はできない。うち一つは塊の中心にある二本の残りの植物は、邪魔されずに育てられた。

その実験が始まって5週間後、すべての植物は、二酸化炭素、酸素、そして水蒸気は出入りできるが、豆の茎が信号を送るのに使うかもしれないより大きな分子の通過を止める袋によっておおわれた。それから、最後から4日前に、それぞれのメソコスムの40ミクロンのメッシュの一つが、それを通過していたいかなる菌糸も切断するために回され、それから中央の植物がアブラムシに寄生させられた。

実験の終わりに、ジョンソン博士と彼のチームは、バッグの中の空気を集め、その中に入っているいかなる揮発性化学物質も、特別な透過性のポリマーの中に吸収することによって抽出し、それらの化学物質を(翅のない形態ではなく翅のあるものを使うことによって)アブラムシとスズメバチの両方に試した。それぞれの昆虫は、ひとつは揮発物のサンプルを含んだもので、もう一つは無臭管理のされた、二つの部屋を持つ装置の中に5分間置かれた。

その研究者たちは、以前の研究から予想したように、揮発物が寄生された植物からのものだった時、スズメバチはそれらを含んだ部屋に平均3.5分費やし、1.5分を別の部屋で費やしたことを見つけた。アブラムシは、反対に、揮発物の部屋に1 3/4分、そして管理された部屋に3 1/4分費やした。つまり、寄生された植物からの揮発物は、スズメバチを惹きつけ、アブラムシを追い払ったのだ。

重要なことに、そのチームは、寄生されたものとの菌糸のつながりを邪魔されなかったが、根のつながりは妨害された、寄生されていない植物からも同じ結果を得たのだ。けれども、もし菌糸と根の両方が実験中ずっと妨害されていれば、寄生されていない植物からの揮発物は、実際には、アブラムシを惹きつけ(彼らはその揮発物の部屋で3.5分費やした)、一方スズメバチは無頓着だった。同じことは、その菌糸のつながりが発展するのを許され、それからメッシュの回転によって切断された規制されていない植物からの匂いにも当てはまった。

ソラマメは、そういうわけで、本当に、その菌の共生者を通信ネットワークとして使い、その隣人に回避的な行動を警告しているようだ。そのような一般的な反応は、さらに多くのスズメバチをその地域にひきつけることによって、疑いもなく最初に攻撃された植物を助け、そしてそれはそのマメ科の宿主を守ることによって菌のメッセンジャーを助ける。

植物=菌の共生関係は、生物学の驚くほど探査されていない分野だ。利用できる限られたデータは、ほとんどの植物は何らかの形でそれに参加するが、その役割はほんのゆっくりとしか解明されていないことを示唆する。ジョンソン博士のもののような研究は、これが、豆のような作物がいかにして実際に育っているのかを理解するためだけではなく、深刻な手抜かりだということを示唆する。人の目には見えないけれども、地下の世界は、無視されたり過小評価されたりされる理由であるべきではない。
 

発行日: 
2013-07-06
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