植物：「突然変異」に気づかなかったら、私は「屠殺される子羊」になってしまう…

制作：中国科学普及協会

著者: Jiri Hulcr (フロリダ大学)、Dong Yiyi (フロリダ大学)

プロデューサー: 中国科学博覧会

2013年、上海の苗圃で大規模なモミジバフウの枯死が発生した。調査の結果、犯人は新種のフウ（dù）であることが判明しました。この事件は、単一の遺伝子構成を持つ植物は、より複雑な遺伝子構成を持つ植物よりも害虫や病気にかかりやすいという事実をよく反映しています。

フウ

（写真提供：The Paper）

遺伝的多様性：環境変化に対する植物の回復力の鍵

遺伝的多様性は、植物が害虫や病気に対処する能力の鍵であり、生物多様性の基礎でもあります。世の中に全く同じ人間は二人もいないということは誰もが知っています。これは、各人を構成する DNA がまったく同じではないためです。一卵性双生児であっても、外見がまったく同じになることはありません（生物学では一般に表現型と呼ばれます）。

DNA の違いは単純に遺伝的多様性として理解することができます。遺伝的多様性とは、同じ種内の個体間の遺伝子レベルでの違いを指します（種間の違いは生物多様性と呼ばれます）。この違いによって、植物の形態、色、そして干ばつ耐性、耐寒性、耐熱性、病害虫耐性などの環境への適応性が決まります。

遺伝的多様性が高いと、異なる個体が環境に反応する能力をそれぞれ持つことができます。個体によっては困難を乗り越えられないものもありますが、乗り越えられる個体もおり、それによってグループ全体の生存と繁殖が保証されます。たとえば、同じ種類の松の中でも、一部の個体は他の個体よりも干ばつ条件に耐えることができたり、特定の病気に対する抵抗力が強かったりすることがあります。同様の現象は人間にも広く見られ、マラリアなどの特定の病気に対して生まれつき抵抗力のある人もいれば、感染しやすい人もいます。

植物の遺伝的多様性は、さまざまな外部の脅威に対して種全体を保護します。遺伝的多様性が高いということは、集団内に異なる抵抗力を持つ個体が存在する可能性があり、特定の新しい害虫や病気に直面したときに、より強力な集団生存能力を発揮することを意味します。たとえば、アメリカ南部で月桂樹の萎凋病（植物病原菌）が発生したとき、月桂樹のほとんどの木は病気で枯れてしまいましたが、数本は生き残りました。生き残った個体は病気に抵抗する遺伝子を持ち、将来の個体群再構築の遺伝的基礎となる可能性があります。

森林に複数の樹木種が存在し、それぞれの種の遺伝子構成がまったく同じである場合（たとえば、それらはすべて同じクローンから派生した場合）、これらの種が害虫や病気にどのように反応するか、またはそれらに抵抗するかにはほとんど違いがありません。病気や害虫が発生すると、その種全体が壊滅的な打撃を受ける可能性があります。これはまさに、単一の樹木種内における遺伝的多様性の重要な役割です。

森林に複数の樹種が存在する場合でも、それぞれの樹種内に十分な遺伝的多様性があることを確認する必要があります。十分な遺伝的多様性があって初めて、害虫や病気が発生したときに抵抗力や適応力を持つ個体を維持することが可能になります。これらの個体は将来の個体数回復の鍵となるでしょう。

このため、植林を行う際には、森林群落の多様性を高めるために多種混合林を植えることに加え、クローン樹種や遺伝的に単色の個体群のみの使用を避け、各樹木の種子が異なる供給源から来るようにすることも必要です。

害虫や病気の発生を誘発する要因

現在、私たちは外来の害虫や病気の脅威という、ますます深刻な課題に直面しています。同時に、極端な気候変動は、植物の健康を静かに脅かす「目に見えない殺人者」のような害虫や病気が発生する機会を増やします。秋のヨトウを例に挙げてみましょう。北米原産のこの害虫は、中国でさまざまな作物を食い荒らして害を及ぼし、植物の葉枯れや枯死を引き起こす可能性があります。

秋のヨトウムシ

（写真提供：捜狐ニュース）

不完全な統計によると、2019年に中国ではいもち病によりトウモロコシの生産量が約1,400万元減少した。いもち病は稲の主要な真菌性疾患の一つで、空気、昆虫、雨、土壌などさまざまな伝染経路がある。 1975年から1990年の間に、いもち病により世界の米の生産量は30%減少し、1,570万トンの穀物が失われました。中国だけでも、毎年約300万トンの穀物が失われています。

気候変動によって引き起こされる害虫、例えば小麦アブラムシなど。小麦の主要害虫の一つで、近年の地球温暖化により発生が進んでいます。これは、年間を通じて小麦アブラムシが発生する総時間が増えることを意味し、その結果、アブラムシの数が大幅に増加し、より大きな被害が発生します。 ‌

植物自体の遺伝的多様性の減少ももう一つの理由です。同じ遺伝子構成を持つ同じ作物が広範囲に植えられている地域（大規模な均質なプランテーション、人工的に植えられた純粋な森林）では、害虫や病気の問題が特に顕著になります。

多くの地域では、管理の容易さとより高い経済的利益の追求のために、主催者は統一された栽培からの苗木を同じ地域に植え、その地域のすべての植物の遺伝子構成に変化がないようにしています。これらの農園は屠殺される子羊のようなものです。

遺伝的多様性が低いということは、環境の変化に適応する能力が低いことを意味します。気候変動や土壌劣化などの環境ストレスに直面すると、遺伝的に均質な植物は、これらの変化に適応するための遺伝的変異が不十分なため、徐々に衰退する可能性があります。さらに重要なのは、遺伝的類似性により、害虫や病気が 1 つの植物に感染すると、農園内の他の植物にも感染する可能性が高く、害虫や病気が急速に広がることです。

しかし、遺伝的多様性に富んだ野生の樹木種であっても、特定の新たな侵入害虫から身を守ることが困難な場合があります。たとえば、北米のトネリコの木は遺伝的多様性が高いにもかかわらず、侵略的なアオトネリコの害虫に抵抗することができません。この害虫はアジア原産で、トネリコの木は害虫と共進化し、害虫に対する防御機構を備えている。しかし、北米のトネリコの木は同様の進化的選択圧を経験していないため、この侵略的害虫に対する抵抗力がなく、その結果、数千万本のトネリコの木が枯死しています。この事例は、たとえ種が豊かな遺伝的多様性を持っていたとしても、進化の歴史の中で特定の生物学的脅威にさらされたことがない場合は、新たな脅威に直面したときに深刻な損失を被る可能性があることを示しています。

北米産のスイートガム（Liquidambar spp.）がスイートガムボーラー（Acanthotomicus suncei）によって被害を受けている様子を示しています。

(画像提供: Jiri Hulcr)

樹木の遺伝的多様性を高めるにはどうすればよいでしょうか?

将来いつでも新たな害虫や病気が発生する可能性もあります。あらゆる脅威を正確に予測することはできませんが、遺伝的多様性を高めることで植物の自己防衛能力を高めることができます。効果的な戦略をいくつか紹介します。

1. 遺伝的多様性が優先されます。植物を植える場合、経済的利益と収穫量最大化だけが考慮されるわけではありません。収穫量の最大化から遺伝的多様性と生物多様性の最大化へと優先順位を移す必要があります。

2. 合理的な間伐戦略: 森林を間伐する際には、現在のニーズ (収穫量や成長率の向上など) のみに基づいて植物を無差別に除去するのではなく、遺伝的多様性のある個体を維持するように努めるべきです。これにより、さまざまな表現型が保存されるだけでなく、種の遺伝的多様性の継続も促進されます。

3. 開放受粉（昆虫、風、鳥などの自然のメカニズムによる受粉）を実施する：人間の介入を減らし、自然の受粉メカニズムを使用すると、自然な遺伝的変異を増やすことができます。このアプローチは自然選択を促進し、遺伝子の多様性を高め、種の生存率を向上させることができます。特定の抵抗性遺伝子に頼らずに集団全体の適応性や抵抗性を高めることも可能です。

4. 植林方法の変更: 過去の植林では、少数の品種から育種された植物のみが植えられており、これらの植物の遺伝的基礎は比較的単一でした。このような遺伝的に均質なクローンを植えても、長期的には森林の健全性と回復力が回復しない可能性があります。森林が種子から自ら回復するのを待つほうが簡単で安価かもしれません。私たちは森林で自然に再生する苗木を保護するよう努めるべきです。遺伝的に均質なクローンに頼るのではなく、適切な場合に適切なサポートを提供します。

5. 混交林の植林: たとえば、ヨーロッパでは気温が高くなり続けたため、トウヒカミキリ (Ips typographus) によってトウヒの植林地に深刻な被害が発生しました。私たちには、異なる樹齢と樹種の混交林が必要です。混交林は、森林の抵抗力と回復力を高めるだけでなく、林業経済の長期的な安定性と持続可能性を確保します。

6. 林業教育の重視：目先の利益を優先するあまり、林業教育に重点を置く学校の数は世界中で減少しており、林業関連の学位の提供も減少しています。これは、植林木材の生産が主流となっている南半球の国々で特に顕著です。林業や森林保護に関する専門知識が時間の経過とともに疎外されたり忘れ去られたりすることがないよう注意を払う必要があります。

7. 遺伝的多様性に対する国民の意識を高める：関係する教育部門や機関は、新しいメディアなどの手段を利用して、遺伝的多様性と生物多様性の保全に関する科学普及講座や特別講義を実施し、遺伝的多様性の重要性に対する国民の意識を高めることができる。

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