熱帯雨林の「住人」は静かに変化している

制作：中国科学普及協会

著者: 李 銀 (中山大学生命科学学院)

プロデューサー: 中国科学博覧会

編集者注：生命科学の最新の謎を解くために、中国科学普及の最先端技術プロジェクトは「生命の新知識」と題する一連の記事を立ち上げ、独自の視点から生命現象を解釈し、生物学の謎を明らかにしました。人生の世界を探求し、無限の可能性を探求しましょう。

熱帯雨林は、赤道付近に分布する一般的な森林生態系であり、暑く雨の多い気候と複雑で多様な地形を特徴としています。

熱帯雨林は地球上で最も貴重な生物資源を保護しています。この地域は地球​​上で最も動物種が豊富な地域であり、また、さまざまな動物に食料源と生息地を提供する多種多様な植物資源も有しています。

熱帯雨林

（写真提供：veerフォトギャラリー）

熱帯雨林では、高温多湿のため有機物が急速に分解され、物質循環が活発です。これは世界最大の生物遺伝子バンクであり、炭素の生物学的リサイクル、変換、貯蔵のための巨大な活発な貯蔵庫です。

しかし、熱帯雨林の大規模な埋め立て現象は世界中で深刻化しています。熱帯雨林環境の変化は、土壌劣化、土壌浸食、生物多様性の減少を引き起こすだけでなく、地上と地下の食物連鎖の変化、さらには栄養段階全体の機能とエネルギーの変化についても、いまだにほとんどわかっていません。

熱帯雨林の食物連鎖

陸上生態系におけるバイオマスとエネルギーの流れの分布は、「緑」（地上）と「褐色」（地下）の食物網区画によって支配されており、これらが一緒になって生態系の機能と安定性を形成します。

熱帯雨林の樹冠の葉は光合成によって太陽光を吸収し、それを糖に変換し、植物はその過程でエネルギーを蓄積し続けます。

地上の「緑の」環境では、草食昆虫が植物組織を食べ、それを肉食昆虫、クモ、その他の樹冠節足動物、鳥が食べます。地下の「茶色い」環境では、ミミズや土壌節足動物が落ち葉や菌類などを食べます。これらの動物の排泄物は最終的に微生物によって分解され、土壌に入ります。

エネルギーは、植物と動物の食物連鎖で構成される食物網を通じて、森林エネルギーシステム全体に流れます。

熱帯雨林には、ゴムの木、カカオ、キナなどの一般的な経済植物に加えて、多くのユニークな植物や動物種も生息しており、その多くは薬効やその他の経済的価値があります。熱帯雨林は大規模に再生されつつある。土地開発や利用方法の変化により、熱帯雨林の環境は変化し、それに応じて熱帯雨林の動物群集も変化します。熱帯雨林の動物の種、数、分布はもはや本来の熱帯雨林の生態系と一致しておらず、食物連鎖も静かに変化しています。

ドイツのゲッティンゲン大学、インドネシアのボゴール農業大学、ドイツ総合生物多様性研究センター、ライプツィヒ大学からなる国際研究チームが、2024年2月に最新の研究結果をネイチャー誌に発表した。

研究チームは多くの手がかりをまとめ、土壌中の小さな生物と樹冠の甲虫や鳥類の包括的な分析を実施し、インドネシアのスマトラ島の熱帯雨林、ゴム農園、アブラヤシ農園の動物群集におけるエネルギー伝達プロセスを比較した。

熱帯雨林の節足動物の調査は、地上から樹冠上部まで、14 種類の異なる方法を使用して実施されました。

（１）罠猟及び網猟（２）垂直円筒の容積空間における胆汁サンプリング（３）粘着トラップ（４）空中複合飛行迎撃トラップ（５）植物や枯れ枝をたたくこと（６）アリやシロアリの手作業による収集（７）地上飛行迎撃トラップ（８）落葉動物の収集及び抽出（９）地中土壌及び浮遊土壌動物の収集及び採取（１０）木材の給餌（１１）トラップ法（１２）地上トラップ（１３）キャノピースプレー法（14）光トラッピング

（画像出典：参考文献[1]）

研究の結果、土地利用の変化が熱帯雨林の地上および地下の動物の食物連鎖のエネルギーの流れに大きな変化をもたらしたことが判明した。

熱帯雨林からプランテーションまで、食物連鎖は劇的に変化する

スマトラ島の熱帯雨林地域では、熱帯雨林がプランテーションのために伐採された後、エネルギーの多くが地下の動物の食物連鎖に送られました。

科学者たちは、アブラヤシとゴムの単一栽培では熱帯雨林と比較して動物の総エネルギーフローは同等かそれ以上であるが、主要なエネルギーノードは大きく異なっていることを発見した。熱帯雨林では、「緑」と「褐色」の食物連鎖を含む動物のエネルギーフローの90％以上が、土壌と樹冠の節足動物に流れた。一方、プランテーションでは、エネルギーの 50% 以上が土壌環形動物、つまりミミズに供給されます。

ミミズに関連するエネルギーフローの増加は、土壌節足動物に関連するエネルギーフローの減少を反映していました。 （図中の黒い線はエネルギーの流れを表しています）

（画像出典：参考文献[5]）

熱帯雨林の動物相と比較すると、植林地の樹冠内の食物網は豊かでなく、複雑さも少ない一方、土壌内の食物網は大きく変化し、種の多様性に富んだ節足動物群集は、比較的均質な侵入種であるミミズに取って代わられました。

人間の農業活動は、農薬の使用、施肥、生息地の断片化、光害、気候変動やそれに伴う大気中の二酸化炭素濃度の上昇による気温上昇を通じて、節足動物の個体数と分布に影響を及ぼすことが知られています。

こうした変化の結果、プランテーションでは捕食性昆虫が減少する一方で、毛虫や甲虫などの植物を食べる昆虫が比較的多くなっています。

食物連鎖とエネルギーの変化により、プランテーションでは捕食性昆虫が減り、植物を食べる昆虫が増えることがよくあります。

（画像出典：参考文献[5]）

しかし、熱帯土壌における節足動物種の多様性についてはほとんど知られていないため、熱帯雨林土壌の生物多様性のレベルは、これまで推定されていたよりもはるかに高い可能性があります。

この研究では、熱帯雨林の樹冠内の鳥類以外の脊椎動物群（コウモリや両生類など）のエネルギーの流れは考慮されていません。多くの脊椎動物は節足動物などの無脊椎動物を餌とするため、熱帯雨林における節足動物による実際のエネルギーの流れは、研究で計算されたデータよりも大きい可能性があります。

全体的に見ると、熱帯雨林の食物連鎖は主に無脊椎動物で構成されており、そのほとんどは茶色の土壌層に集中していることは明らかです。

生物多様性の見通しは楽観的ではない

ミミズは、直接的または間接的な栄養相互作用（例えば、落葉の除去や微生物の摂食）を通じて土壌環境を変化させる可能性があり、それによって生存のために土壌や落葉に依存する節足動物に悪影響を及ぼします。

しかし、節足動物の減少は、熱帯雨林環境の変化に伴う落ち葉の流入量の減少や、プランテーション土壌の有機炭素と窒素の減少の結果である可能性もある。

したがって、熱帯の土地利用の変化は、地上および地下の生態系区画における食物網の劇的なエネルギー的および機能的再編成につながり、結果として動物の生物多様性に影響を及ぼす可能性があります。

小さな節足動物から鳥類、土壌から樹冠に至るまで、これらの多様な生物は食物網とエネルギーの流れを通じてつながっています。研究によると、熱帯の土地利用の変化により、節足動物、鳥類、その他のグループの種の豊富さが 18% ～ 70% 減少する可能性があることが判明しています。最新の研究結果によると、種の減少という現象は食物連鎖におけるエネルギー分配の根本的な変化に関連していることが明らかになっています。

熱帯雨林がプランテーションに転換されるケースが増えるにつれ、生物多様性は著しく減少し、生態系が変化しています。この研究の結果は、極めて生物多様性の高い熱帯生態系における土壌と樹冠の動物群集におけるエネルギー処理について初めて垣間見ることのできるものである。

熱帯雨林生態系のさまざまな部分間のつながりに関する研究は、特に種が絶滅の危機に瀕している生物多様性地域において、熱帯雨林の生態環境の保護にとって間違いなく大きな意義を持ちます。モニタリング研究を実施することで、熱帯雨林の節足動物の生物多様性の空間的および時間的分布に対する人為的変化の影響をより適切に評価できるようになります。そうしないと、熱帯雨林における節足動物の絶滅のリスクが大幅に過小評価される可能性があります。

参考文献

[1] Basset Y、et al. PLoS ONE、2015年、10(12):e0144110。

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[6] ポタポフAM、他J. アニメーションEcol., 2019, 88:1845–1859.

[7] Thakur M P. Biol. Lett., 2020, 16:20190770.