「山火事は消えない、春のそよ風が再び火を起こす」その理由は…

山火事について話すとき、多くの人は猛烈な炎が草原に広がり、すべてを破壊するこの光景を思い浮かべるでしょう。しかし、自然界では、すべての山火事が有害というわけではありません。

マウイ島の山火事（写真提供：レベッカ・ヘルナンデス（CC0））

山火事は常に森林に計り知れない被害をもたらしますが、一部の植物は猛烈な火災の中で生き残る方法を見つけただけでなく、山火事の助けを借りて繁栄することさえあります。それだけでなく、人工的に「制御された」山火事は、生物多様性を保護するための強力なツールにもなり得ます。

頻繁な山火事は種の豊富化につながるのか？

ほとんどの人は、火災が頻繁に発生する地域は環境が厳しく、生物が少ない場所だと想像します。実際、山火事で荒廃した地域の種の豊富さは他の地域と比べて劣るものではなく、むしろ優れている。

たとえば、地中海性気候は、夏は暑く乾燥しており、冬は穏やかで雨が多いため、森林火災が発生しやすいのです。世界の 5 つの地中海性気候帯 (地中海盆地、米国カリフォルニア州、チリ中央部、南アフリカのケープ地方、オーストラリア南西部) はすべて、例外なく生物多様性のホットスポットです。これら 3 つの地域を合わせると世界の陸地面積のわずか 1.2% を占めるに過ぎませんが、世界の植物種の約 6 分の 1 がここに生息しています。チリ中部を除くすべての地中海気候帯は、度重なる火災の脅威にさらされている。

地中海性気候地域の世界分布（画像出典：文献[1]）

地中海性気候では、暑く乾燥した夏にはほぼ必ず頻繁に火災が発生するため、火災は非常に周期的かつ予測可能となり、地元の植物の進化の方向を変える適切な選択圧となります。

現在、火が植物の多様性を促進する仕組みを説明する仮説がいくつかあります。生態学における中間撹乱仮説では、火災の間隔が短すぎると、植物は種子やその他の生殖体を生産する時間が足りず、絶滅してしまう可能性があるとされています。間隔が長すぎると、植物のライフサイクルを超えてしまう可能性があります。適切な間隔で行われる火災は、十分な種子を生産または貯蔵した植物の自己再生に役立ちます。熱多様性-生物多様性仮説は、火災が生態系に新しい小規模な「モザイク」環境を作り出し、そこでは異なる特性を持つ環境の小さなパッチが一定の間隔で分布し、より多様な生態学的ニッチを形成し、より多くの種が侵入する条件を作り出すとしている。

数億年前、植物は「火と共に歩き始めた」

植物はいつから火に適応し始めたのでしょうか?

4 億年前の木炭化石は、植物がはるか昔に火災の脅威に直面しなければならなかったことを証明しています(数億年前の山火事を研究する方法)。いくつかの研究では、裸子植物は約1億年前にすでに火に適応したいくつかの形質を発達させていたことが示されており、白亜紀に被子植物が広範囲に広がったのも、当時の大気中の酸素含有量の高さと火災の頻発に関係していたとされています。

火と共に生きてきた長い年月の間に、火への適応はいくつかの植物の系統に競争上の優位性を与え、その繁栄に貢献しました。たとえば、裸子植物の中で最大の属であるマツ属には 100 種以上が含まれ、北半球の広大な針葉樹林に生息しています。その拡散と多様化は火災への適応と密接に関係しています。

北米の短葉松（Pinus banksiana）は、枯れた枝を幹に残し、燃えやすさを高めた火災に適応した木です（画像出典：参考文献[4]）

火に適応できる植物にとって、火は競争相手を殺して植物自身の資源を増やすだけでなく、灰の中に大量の栄養素を残して植物が利用できるようにもします (農業における「焼畑農業」の方法もこの原理を利用しています)。同時に、燃焼によって放出される熱や化学物質（煙に含まれる発がん物質など）も変異原として作用し、生物の遺伝子変異など、より遺伝性の高い変異を生み出し、生物進化の原料となります。では、これらの利点を合理的に利用するために、植物はどのような適応特性を進化させたのでしょうか?

植物が焼けるのを防ぐためのヒント

1. 私を燃やすことはできない、燃やすことはできない

火に抵抗する最も単純かつ残酷な方法は、機械的防御を強化し、硬い装甲で内部組織を保護することです。この種の植物は主に、地面に近い厚い樹皮を持つ高木で、地上の火災の攻撃に耐えることができます。同時に、枝葉は植物の上部に生育することが多く、幹の中央には枝のない長い部分（枝が枯れて落ちてしまう部分）があり、地上の炎が上部の枝葉に届かないようにする隔離層を形成します。

多くの耐火性の松はこの戦略を採用しています。それだけでなく、この国の松葉は長く、地面に垂れ下がる傾向があるため、非常に燃えやすく、枯れた枝や葉を片付けて、それらが厚く積み重なるのを防ぐために地面で火を起こしやすくなります。このように、頻繁に地上火災が発生すると、これらの松の木に害が及ばないだけでなく、森林の下のオークの苗木などの競争相手を排除するのにも役立ちます。しかし、これは苗木自体を燃やしてしまう危険性も伴うため、苗木は地面の火の届かないところまで早く成長しなければなりません。

ブラジルのサバンナに生えるミリカベラ（Myrica spp.）の厚くて柔らかい樹皮は断熱材として機能します（画像出典：参考文献[4]）

2. 火で焼かなければ、また生えてこないのでしょうか？

火災が発生したとき、植物にとってもう一つの重要な役割は生殖器官を保護することです。したがって、火災の危険にさらされた植物は、炎に耐えられるように種子を注意深く保護する必要があります。

多くの植物は、種子が木質の果実または球果の中に保護される「セロチニー」と呼ばれる特性を進化させてきました。熟してもすぐに割れるのではなく、高温で焼くことで割れて中の種が飛び出します。

この特性により、この植物は樹冠火災に対して耐性を持つようになります。たとえ樹冠の枝や葉が火災で大きな被害を受けたとしても、種子が無傷であれば植物は正常に繁殖することができます。これらの木は幹に枯れた枝を残すことが多く、炎を森林の樹冠に向け、火を通して種子の拡散を促進します。

現在、マツ属、ヤマモガシ科のいくつかの属（バンクシアやプロテアなど）、ヒノキ科のいくつかの属（イトスギやカリトリスなど）などの代表的なグループを含む 1,200 種以上の植物がこの特性を持つと考えられています。

火災前のPinus brutiaの閉じた球果（画像出典：文献[4]）

地中海ヒノキCupressus sempervirensの球果が焼けて割れた（画像出典：文献[4]）

3. 猛烈な火が私を目覚めさせた...

一般的に、火災が発生すると、地面にある可燃物のほとんどが燃えてしまうため、短期間で再び火災を起こすことは困難です。いくつかの植物の種子はこの期間を利用して発芽し、成長します。

種皮は機械的強度が高く、耐火性も比較的高い。成熟後は休眠期間を経て、火にさらされたときにのみ発芽します。

たとえば、一部のマメ科植物の種子は硬い外皮を持っており、通常は水を通さず、燃やされた後にのみ水を吸収して発芽することができます。南アフリカのアウドウイニア・カピタタなどの他の植物の種子は、燃焼によって生成される化学物質に基づいて火を感知し、煙に含まれるカリキノリドと呼ばれる化合物にさらされると発芽します。

Audouinia capitata (写真提供: www.gbif.org)

4. 焼けたが、完全には死んでいない

種子だけでなく、耐火性植物の多くはそれ自体が再生能力が強く、火災後の一定期間内に再び芽を出すことができます。火災後の焦げた色は、植物が焼け死んだことを意味するものではありません。生き残った地下器官や幹の基部は多くの場合、火災を生き延び、生命に希望を残します。

火災が繰り返し発生する地域では、多くの木本植物が根と茎の接合部で拡大した木質の冠構造を発達させ、その中に栄養分を蓄え、休眠芽を発達させます。ユーカリなどの一部の樹種は、火災後に残った主幹から再び芽を出すこともできます。

南カリフォルニアのAdenostoma fasciculatumは火災後に塊茎から再び芽を出した（画像出典：文献[4]）

火災後の期間は、資源が最も豊富で、競争圧力が最小限である時期です。被覆林を焼却すると、より開放的な環境が生まれ、花粉媒介者が増加し、植物の繁殖活動が促進されます。
火災後に開花し、実を結ぶ種は約 50 科に及ぶことが知られており、これらの植物は一般にオーストラリアと南アフリカのヒース地帯やサバンナの植物種の 10% を占めています。

例えば、ヤドリギ科の寄生樹であるヌイトシア・フロリバンダは、他の植物の根に寄生して栄養分を吸収します。火災後、異常な二次成長によって焼けた樹皮を置き換え、生き残った枝に沿って大きな円錐花序を形成します。

ヌイツシア・フロリバンダ (写真出典: www.gbif.org)

人間は火を使って生態系を守る

火災が頻繁に発生する地域では、火は地域の生態系に欠かせない要素となっています。大禹の治水と同じように、堰き止めるよりも排水する方がよい。人々は火災の発生を人為的に制御することで生態系の健全性を維持しようとします。

南アフリカのヤマモガシ科の植物は、果実を割って種子を放出するために火をつけて繁殖しますが、苗木がうまく育つかどうかは、火災の季節や規模、火災前後の気候条件に左右されます。火災後の湿った環境は種子の発芽に適しており、一方、苗期の長期にわたる干ばつは死に至る可能性が高い。したがって、雨季の前に人工点火によって火を起こすことは、地域の健康管理にとってより有益です。

我が国でも生物多様性を守るために火を利用する例があります。国家一級保護植物であるソテツを保護するために、人工的に介入した火災が利用されてきた。火の使用は、低木の成長を制御し、攀枝花ソテツへの妨害を軽減するだけでなく、一部の害虫を殺し、その被害の程度を軽減することもできます。さらに、人力による消火により森林の下に堆積した残骸を除去でき、残骸が過剰に蓄積して大規模で制御不能な火災が発生するのを防ぐことができます。

四川省攀枝花ソテツ国立自然保護区が人工的な介入による火災実験を実施（写真提供：中国国営ラジオ）

人間が介入して行う火災は、植物を保護するだけでなく、野生生物の保護にも応用価値があります。例えば、計画的な火災は、草本植物の多様性とバイオマスを効果的に増加させ、木本植物の高さを低くし、シカが餌を探すための選択肢を増やすことができます。計画的な火災を利用して、さまざまな種類の生息地のモザイク分布を作り出すことは、ニホンジカの生存と繁殖に非常に有益です。

なぜ森林火災予防にまだ注意を払う必要があるのでしょうか?

以上のことから、植物が火に適応するのは、海を渡る八仙人のようなもので、それぞれが独自の魔力を発揮していると言えます。植物は火に適応でき、火は生物多様性を高める要因の 1 つであるのだから、森林火災を放っておいてもいいのではないか、と考える人もいるかもしれません。

答えはもちろんノーです。

今日の耐火植物の適応特性は、定期的な火災との長期にわたる共存から生まれたものですが、すべての森林がそのような環境に生息しているわけではありません。多すぎるのも少なすぎるのも同じくらい悪い。一定規模を超える火災は生態系に壊滅的な影響を及ぼす可能性があります。特に近年では、気候変動や人間の活動により山火事が頻発しており、森林植物はより大きな危険に直面しています。

火災に対する人間の介入には、生態系の保護に最も役立つ閾値を見つけるための厳密な科学的研究が必要です。私たちは植物と火災の関係を科学的に理解し、それを合理的に利用し、科学的に予防・制御し、地球の緑の心臓部を守るべきです。

参考文献:

[1] Rundel PW、et al.地中海性気候地域における火災と植物の多様化。植物科学のフロンティア、2018年、9。Doi：10.3389/fpls.2018.00851

[2] He THら地球の生物多様性の重要な推進力としての火。生物学レビュー、2019、94（6）：1983-2010。

[3] He THら針葉樹における火災適応の 3 億 5000 万年の歴史。ジャーナルオブエコロジー、2015年、104(2):352-363。

[4] Keeley JE、et al.火の進化生態学。生態学、進化、系統学の年次レビュー、2022年、53：203-225。

[5] ジンWT、他系統ゲノム学的および生態学的分析により、世界中のマツの時空間的進化が明らかになりました。 PNAS、118（20）e2022302118

[6] Keeley JE 松類の生活史の生態と進化。森林科学年報、2012年、69:445-453。

[7] Keeley JE、et al.植物の特性を形作る進化的圧力としての火。植物科学の動向、2011年、16(8):406-411。

[8] ラモントBB他火によって刺激された再芽生え、開花、種子放出、発芽の進化の歴史。生物学レビュー、2019、94（3）：903-928。

[9] ラモントBB他オーストラリアと南アフリカにおける再発芽植物と地中生植物の火災刺激による開花。植物生態学、2011、212：2111–2125。

[10] Heelemann S.、et al.南アフリカの東部（二峰性降雨）フィンボスバイオームにおける非発芽性シダ植物の増殖に対する火災シーズンの影響。オーストラルエコロジー、2008年、33（2）：119-127。