Niche constraints drive differences between mycorrhizal fungal guilds in future range shifts

私たちの足元、森林、農地、庭園の暗い土壌の中には、広大で目に見えない菌類のネットワークが存在しています。これらは、雨の後にひょっこりと現れるキノコのことではなく、植物の根と密接なパートナーシップを築く糸状の生物です。科学者たちはこれらを菌根菌と呼んでいます。これらは植物の根系の延長として機能し、植物が自力ではアクセスできない水や栄養分を集めるために手を伸ばします。その見返りとして、植物は日光によって作られた糖分を菌類に提供します。この交換は非常に根本的なものであり、地球上の全植物種の90パーセントで発生しており、これらの菌類を地球規模の生態系の不可欠なエンジニアにしています。彼らは、地球がどれだけの炭素を蓄積するか、そして土壌を通じてどのように栄養が循環するかを制御する助けとなっています。しかし、その重要性にもかかわらず、私たちはこれらの菌類がどこに住み、どれほどの領域をカバーしているのか、あるいは世界が温暖化するにつれてどのように反応するのかについて、ほとんど何も知りません。

新たな研究が、これら数百種類もの菌類のパートナーたちの住処をマッピングすることで、この膨大な知識の空白を埋め始めました。研究者たちは、世界中の土壌や根から収集された11万5,000件以上という驚異的な量の菌類のDNAサンプルを集めました。このデータを用いて、彼らは651種類の一般的な菌類が現在どこに存在するかを示す詳細なアトラス（地図帳）を作成しました。そして、コンピュータモデルを使用して、今後1世紀にわたって気候が変化するにつれて、これらの生息範囲がどのように変化するかを予測しました。この研究は、すべての菌類が同じように作られているわけではないことを明らかにしています。一部の菌類はジェネラリストであり、幅広い条件の中で快適に過ごせますが、他の菌類はスペシャリストであり、非常に特定の環境でのみ繁栄します。この柔軟性の違いが、将来の変化の中でどの菌類が生き残り、どの菌類が住処を見つけるのに苦労するかを決定することになります。

研究者たちは、これら2つの主要な菌類グループに焦も焦点を当てました。第一のグループは、アーバスキュラー菌根菌として知られるもので、草本から熱帯の樹木に至るまで、非常に幅広い植物とパートナーシップを築く古くからの系統です。第二のグループは、エクトマイコリザ（外生菌根）菌と呼ばれ、より多様であり、松、オーク、樺などの樹木と結びつく傾向があります。それぞれのタイプが発見された環境条件を分析することで、研究チームはこれら2つのグループが全く異なる世界を占めていることを発見しました。アーバスキュラー菌類は土壌の放浪者です。彼らは、気温、降雨パターン、土壌タイプの非常に幅広い範囲で見られます。熱帯の高温多湿な森林でも、より乾燥した涼しい地域でも生きていくことができます。対照的に、エクトマイコリザ菌はより「好みが激しい」存在です。彼らは北方のボレアル・フォレスト（亜寒帯林）や冷温帯のような、より寒冷で乾燥したバイオームに集まる傾向があります。彼らの住処はより限定されており、幅広い環境条件に対して耐性を持つことができません。

この柔軟性の違いは、特定の場所における彼らの存在を駆動するものにも及びます。エクトマイコリザ菌にとって、気候が支配的な力です。気温と降雨パターンが、彼らが成長できる場所を解き明かす主要な鍵となります。彼らの存在は天候と密接に結びついています。しかし、アーバスキュラー菌類は、より複雑な要因の混合によって影響を受けます。彼らにとっても気候は重要ですが、その分布は現地の土壌、地上で育つ植物のタイプ、さらには火入れや土地利用といった人間活動によっても強く形作られます。彼らは広域的な気候への依存度が低く、むしろ身近な地域の詳細な状況に反応します。これは、アーバスキュラー菌類がより広い「ニッチ」（科学者が種が耐えうる条件の全範囲を指して使う用語）を持っていることを示唆しています。アーバスキュラー菌類は、エクトマイコリザ菌のカウンターパートよりも、はるかに多様な状況に対処することができるのです。

研究は次に、将来の気候シナリオを用いて、これらの範囲がどのようにシフトするかを予測しました。モデルは、ある深刻な傾向を予測しています。それは、ほとんどすべての菌類にとって、適切な生存空間が縮小していくということです。温室効果ガスのレベルが抑制されずに上昇し続ける高排出シナリオの下では、これらの菌類が生存できる総面積は、およそ14パーセント減少すると予測されています。これは、約220万平方キロメートルの生息地の喪失に相当します。この損失は、2つのグループ間で平等に分配されるわけではありません。より狭く、気候に依存したニッチを持つエクトマイコリザ菌は、最も大きな打撃を受けると予想されています。彼らの適切な範囲は、平均して約26パーセント収縮すると予測されています。より広い耐性を持つアーバスキュラー菌類も領域を失いますが、その範囲の縮小は、約7パーセントというより小さな幅にとどまると予想されています。

研究者たちは、最も小さく特定のニッチを持つ菌類こそが、これらの変化に対して最も脆弱であることを発見しました。エクトマイコリザのグループについては、明確な関連性が見られました。すなわち、菌類の環境への好みが限定的であればあるほど、気候の変化に伴ってその範囲が消失する可能性が高くなるということです。この関係は、広範な適応力が少なくともこれらのシミュレーションにおける最悪の影響に対する緩衝材となっているアーバスキュラー菌類については、それほど明確ではありませんでした。また、研究は、同じグループ内であっても巨大な差異があることを強調しました。同じ属の種であっても、その生息地のほとんどを失うものもあれば、同じ科の他の種は、むしろ領域を広げたり安定したりするものもあります。これは、菌類の生物多様性の未来が、一様な衰退ではなく、一部のスペシャリストが消え去り、ジェネラリストが存続するという複雑な再編になることを意味しています。

これらの知見は、私たちの惑星の地下の生命を理解するための重要な基準を提供します。これらの菌類は森林の健康や炭素の循環と深く結びついているため、彼らの衰退は土壌をはるかに超えた波及効果をもたらす可能性があります。もし樹木が栄養を吸収するのを助ける菌類が姿を消せば、樹木自体が生き残るのに苦労することになり、森林が炭素を貯蔵する方法や干ばつへの対応を変えてしまう可能性があります。この研究は、菌類の分布の謎を解明したと主張しているわけではなく、また、菌類が新しい領域へ移動する速さや、進化的にどのように適応するかといった全ての要因を考慮しているわけでもありません。しかし、これらの生物の現在の住処をマッピングし、その未来をモデル化することで、研究者たちは明確な警告を発しました。世界は、その最も重要な地下のパートナーたちの何よりも速いスピードで変化しており、これらの特化した菌類を失うことによる結果は、私たちが依存している生態系を塗り替えてしまう可能性があるのです。