寒い、寒い、寒い！ロングジョンとダウンジャケットをお持ちですが、植物はどうしたらいいでしょうか?

冬がやってきましたが、幸いなことに著者（Yimu Foodie Team）は、1年間のおいしい食べ物で厚い脂肪層を蓄え、寒さに耐えられるようにしてきました。ストーブの周りに座って、小さな火を起こし、サツマイモを焼き、熱いお茶を沸かすことができれば、それは冬にしか得られない心地よさです。

人類の歴史において、寒さに直面することは必ずしも楽しいことではありませんでした。数百万年にわたる進化の過程で、人間は熱を発散させるために厚い体毛を脱ぎ捨てる必要がありましたが、空間と食料を得るためには、さまざまな動物の皮をまとい、さらに北やさらに高い場所の寒い場所を征服する必要がありました。栄養豊富な人類が、さまざまな技術の助けを借りて、ついに北極や南極、そしてすべての大陸の山の頂上に到達したのは、ここ 100 年ほどのことでした。

リンドウと雪山（写真：上関法志）

寒さとの戦いは、植物だけでなく人間にとっても困難です。数億年前、多くの植物は太陽光と栄養分を求めて競争するため、寒冷地、北極圏、南極圏、あるいは高山へと絶え間なく前進する旅に出ました。

北極や南極、そして地球上のさまざまな大陸の多くの山岳地帯では、気温や湿度などの条件により、ほとんど木が生き残ることができません。代わりに、さまざまな低木や草、大量の地衣類やコケからなる植生が生えており、これがツンドラの名前の由来です。地球の表面の約 2,500 万 km² は極地ツンドラで覆われており、まさに地球上で最も寒い場所です。

北極圏の植生（画像出典：https://daac.ornl.gov）

生存のために極大陸へ進出する過程で、最初に克服しなければならない困難は低温です。低温は一方では植物の細胞組織を凍結させ、他方では植物の生理的代謝の過程を妨げます。

極地の植物にとって、恐れているのは寒い冬ではなく、夏の忘れられないほどの低温です。

冬の霜の時期には、植物は体内の水分量を減らし、不凍タンパク質を増やし、完全な休眠状態に入ります。彼らが耐えることができれば、冬は過ぎ去るでしょう。

春は彼らの成長期であり、生存への挑戦の始まりでもあります。極地の1日の平均気温は13〜18℃を超えることはほとんどなく、5〜8℃の間で推移することが多いです。たとえば、グリーンランドの最も暖かい地域では、最も暖かい月でも平均気温は 10 ℃ を下回り、平均気温が 0 ℃ を超えるのは年間 2 ～ 6 か月だけです。また、春の終わりには頻繁に寒波に見舞われるため、極地の植物にとっては暖かく保ち、気温を上げるためのあらゆる対策が極めて重要です。わずかな温度上昇でも、植物にとって時間に敏感な生育期に重要な役割を果たし、植物が生き残り、成長するチャンスを与えることができます。低温に対処するために、極地の植物はさまざまな興味深く実用的な戦略を進化させてきました。

ここでは、背が高いと生き残れないかもしれない

ツンドラ植物のほとんどは高さが6〜8cm以下なので、頭上からの冷たい風が吹き込むことは容易ではありません。比較的低い地表の微小生息地では、温度が比較的高く安定しているため、成長プロセスが迅速に進むことが保証されます。

科学者たちは、ノルウェーユキノシタ（Saxifraga oppositifolia）の地上2メートルの気温はわずか0.5℃であるのに対し、1cmの表面温度は3.5℃に達する可能性があることを発見しました。いくつかの花のつぼみの間では、気温が 6°C に達することがあります。他の研究では、一部の植物は茂みの奥深くや岩の割れ目に隠れるなど、環境条件を利用して、局所的に約22℃の温度差を作り出すことができるということが判明している。

ノルウェーユキノシタ（画像出典：Wikipedia）

低い地面では、毛布で自分を覆う方法を知ることも重要なスキルです。

多くの植物は、発芽すると何年もかけて枯れて落ちた古い葉の中に身を隠し、寒さが植物の成長に及ぼす悪影響を大幅に軽減します。突然の寒波に見舞われたとき、氷と雪でできた天然の氷殻も重要な断熱層となり、北極圏のエスキモーのイグルーのように極寒の影響をほぼ遮断することができます。

ロングジョンは良いもので、極寒の地域の植物はそれを知っています

多くの動物と同様に、大勢で群がって体を羽毛と長い毛で覆うことは、間違いなく暖かく過ごすための良い戦略です。これは極地の植物では非常に一般的です。これらの毛は、寒い冬から植物を守るだけでなく、開花期や結実期にも重要な役割を果たし、花や果実などの重要な生殖器官がより早く成熟し、霜による損傷を受けないようにします。

チオノカリス・フッケリ (写真: 上関法志)

Saussurea quercifolia (写真: Shangguan Fazhi)

植物は太陽を追いかけます。南にいるあなたは「小さな太陽」に近づきたいと思っているように見えますか？

極地植物の開花温度は、成長と発育の必要温度よりも高い場合がよくあります。一部の種は開花に最低 3 ～ 8 ℃ の温度を必要としますが、大規模な開花には 5 ～ 12 ℃ の温度が必要です。暖かい太陽光を追うために、一部の植物の花びらはソーラークッカーのような反射板の形を形成し、花の方向は空の太陽の位置とともに毎日回転します。これらは極地植物の中でも有名な「太陽熱調理器」植物です。研究によれば、この方法は効果的に温度を約 10°C 上昇させることができることがわかっています。よく知られている北極の植物には、山の妖精の木 Dryas integrifolia や北極のケシ Papaver radicatum などがあります。

マウンテンフェアリー (nargs.org) とアークティックポピー (www.dreamstime.com)

色を使うのも、極地の植物が見逃さない技です。花によっては、色が濃くなるにつれて温度が上昇します。淡い色の花に比べて、濃い色の花は温度を4.2℃上昇させるものもあります。気温の上昇は花の成長と発達を加速させ、受粉効率を大幅に向上させ、暖かさを求める昆虫が花を受粉することを促進します。高山環境では、さまざまな暗い色の花、あるいはほぼ黒い花も珍しくありません。

ラミオプフロミス・ロタタとサーモプシス・バルバタ（写真：上官法志）

温室で栽培する予定がない場合は、自分で温室を作りましょう。

色を使って温度を上げるだけでなく、花びらの構造を使って温度を上げるのも優れた方法です。孔明灯や熱気球の原理に似て、多くの極地の高山植物の花びらは鐘型の構造を形成し、花の中に効果的に熱を集め、まるで暖かい灯籠のように昆虫を引き寄せます。

リリウム・ロフォフォラム（写真：Shangguan Fazhi）

フリチラリア デラバイ (写真: Shangguan Fazhi)

「昼間は焼けつくような暑さ、夜は厳しい冬」というのは、低緯度・高高度の極地の環境を描写したものです。ここでは太陽光の放射は贅沢ではないので、多くの温室植物が育てられ、生まれています。温室環境で生まれることができないなら、自分で「作って」ください。

最も有名なダイオウは、平均高さが 1.5 メートルの温室植物の代表です。タワーイエローの淡黄色の半透明の苞に包まれた総状花序は、温室内の保温の役割を果たします。花序内の温度は外部よりも約10℃高くなることがあります。デートや食事、さらには繁殖のために昆虫を引き寄せる重要な場所です。もちろん、昆虫もそのお返しに受粉をしてくれます。

パゴダイエロー（撮影：Xiang Jianying）

全体の状況を維持するために、小さな部分を犠牲にします。低温で生き残ることの方が重要です。

自然界では、ロゼット状の構造は幾何学的に美しいだけでなく、環境に対処する植物の知恵を反映しています。これは特に、一部の乾生多肉植物や高山極地植物によく見られます。

アフリカの高山に生育するデンドロセネキオ属とロベリア属の植物は、大きなロゼット葉の代表的な植物として有名です。彼らは長期にわたる進化を通じて、アフリカの高山の寒い気候に適応してきました。北極や南極の低地ツンドラ植物とは異なり、極度の低温や永久凍土などの要因に悩まされることはなく、植物の高さは数メートルに達することもあります。

夜間の急激な低温低下がこれらの植物が直面する主な問題です。巨大なロゼット状の葉は互いに折り重なってキャベツのような形を形成し、丸まった葉の中の花芽が夜間の低温による被害を受けないように保護します。樹種によっては、暗くなると葉を内側に丸めて冷たい空気をさらに遮断するものもある。さらに、キャベツの構造上、植物の外部構造が破壊されて枯れても、内部の茎や葉は凍傷から守られます。これらの高山植物の中には、葉を丸めるときに粘着性の液体を分泌するものもあります。液体は空気よりも比熱が大きく、熱を放散するのが遅いという性質を利用して、低温によるダメージに非常に敏感な花芽を保護します。これらの保護対策により、外気温が氷点下であっても、工場内の温度は 2°C 以上であることが保証されます。

デンドロセネシオ・ケニオデンドロンとロベリア・ケニエンシス

出典 www.thenational.ae および it.wikipedia.org

環境を活用できるのは良いことですが、寒さに耐えることができて初めて、良い暮らしができます。

美しい極地のワンダーランドで生きられる植物には、さまざまな高度な「外部スキル」に加えて、単純で実用的かつ効果的な「内部スキル」も必要です。

アンドロサセ・スピヌリフェラ (写真:Shangguan Fazhi)

極地植物は、体内の高浸透圧を調節し、温度が急激に低下したときにカルシウムイオンが細胞液に素早く流入できるようにすることで、低温によるダメージに抵抗します。たとえば、Epilobium latifolium は開花期に突然マイナス 3 度という低温に遭遇することがありますが、解凍後は安全かつ健全な状態を保ちます。北極の低木の中には、生育期に摂氏マイナス 8 度までの気温に耐えられる種もあります。

地衣類は、体内の不凍タンパク質と浸透圧制御を調節することで、寒さからの保護や低温下での生理・生化学活動の問題を解決することができます。たとえば、一部の葉地衣類は水分が 50% まで失われても効率的に呼吸することができ、また他の地衣類は非常に暗い環境でも光合成を行うことができます。

極地のツンドラ地帯には一年草は少なく、多年生草本や低木が多く生息しています。一年生植物の月光のような生活様式は、厳しい極地には適していません。エネルギーと資源の貯蔵と蓄積がなければ、数か月以内に開花して実をつけなければなりませんが、それは彼らにとって非常に困難です。

多年生植物は、根茎に継続的にエネルギーを貯蔵・蓄積し、巨大なエネルギー貯蔵組織を形成する方法を知っています。栄養素の蓄積サイクルは数年にわたって続き、開花、結実、そして長い冬を乗り切るのに十分な資源を提供します。

カシオペ セラギノイデス - 高山地帯に生える常緑矮性低木

（写真撮影：上関法志）

地衣類は低緯度の山岳地帯の先駆者でありリーダーでもあります。標高の高い場所の寒く、乾燥していて、放射能が強い環境でも、スクアマリナ、レカノラ、ジプソプラカ、オフィオパルマ、タムノリア、レタリエラなどの地衣類は、標高 6,000 メートルを超える場所でも見ることができます。

Rhizoplaca chrysoleuca (写真: Shangguan Fazhi)

極寒で乾燥した環境に適応するために、植物は非常にゆっくりと成長しなければなりません。成長の早いクラドニア・ステラリスなどの植物は、1年に3.4mmも成長するが、カナダ北部のグレートスレーブ湖に生育するリゾカルポン・ジオグラフィックムなどの成長の遅い植物は、平均して1年にわずか0.15mmしか成長しない。極地の野生で見られる手のひらサイズの地衣類は、数千年前のものかもしれません。

クラドニア・ステラリス (出典: https://mapio.net)

リゾカルポン・ジオグラフィックムとクリソトリックス（写真：Shangguan Fazhi）

海抜 5,000 メートルの赤い雪茶 - Lethariella flexuosa (写真: Shangguan Fazhi)

北極圏で育つ植物もまた、太陽光放射不足という課題に直面している。北緯75度以上の地域では、年間3か月間ほとんど日光が当たりません。このため、これらの工場は、より効率的な資源利用技術を多様に開発せざるを得なくなりました。たとえば、北極圏の植物の中には、同様の高山植物よりもクロロフィル比率が高いものがあり、これにより生育期に呼吸と光合成の速度が速くなり、エネルギーを糖や脂質に素早く変換して蓄えることができます。ワタ草のいくつかの種は、中空の茎を通して大量の二酸化炭素を貯蔵することができ、その一部は光合成に再利用できるため、エネルギー利用効率が向上し、一部のイネ科植物が急速に成長してツンドラ地帯で優勢になることができます。 （追記：南極には維管束植物が2種類しかないため、南極については触れていません）

南極のオレンジ色の地衣類の風景 (出典: www.westarctica.wiki)

花はなぜこんなにも色鮮やかなのでしょうか？自分を喜ばせる人のために花が咲く

極地の植物がどれだけ適応力があっても、あるいは極地でどれだけうまく生息していても、繁殖し繁栄する能力があって初めて、真に定着することができるのです。

短い夏はたった 4 ～ 6 か月しか続きませんが、その間に植物は成長し、開花し、結実するという使命を全うしなければなりません。残された開花時間は短く忙しく、限られた受粉昆虫をめぐって競争するために、すべての花が同時に咲くという問題にも直面する可能性があります。わずか数か月でこれらの昆虫の注目と好意を獲得し、ヒゲバチ、蛾、蝶、蚊、ハエなどの数少ない受粉昆虫をめぐって競争するために、多くの植物は昆虫の好みに応え、昆虫が好む鮮やかな色を使って美しく壮観な花の海を形成します。この現象は、水と肥料が比較的豊富で、水分と湿気の多い環境で特に顕著になります。

高山湿原のサクラソウの海（写真：上関法志）

受粉昆虫をめぐる戦いでは、花は昆虫の注意を引くために、より高く、より大きく成長する必要があることが多い。そのため、多くの極地植物は開花に非常に多額の投資と努力を費やしており、花の形は植物自体の大きさをはるかに超えることがよくあります。すべての花が受粉昆虫の好意を引き付けることができるかどうかはわかりませんが、それは自然の奇跡であり、人類に残された最も美しい自然の贈り物の 1 つです。

プリムラベラとメコノプシス・ラセモース

（写真撮影：上関法志）

温暖で湿度の高い熱帯・亜熱帯地域は、植物が生存し繁殖するための楽園のように見えますが、同時に、生存をめぐる熾烈な競争の戦場でもあります。植物の中には、極寒など、あまり適さない生息環境に目を向けなければならないものもあります。少なくとも競争相手は多くないので、寒くて厳しい条件を生き抜くための戦略を見つけるだけです。

人生は決して楽ではありませんが、たとえ条件が整っていなくても、私たちは条件を作り出さなければなりません。これが人生の勇気です。

（地衣類の同定と助言をいただいた中国科学院昆明植物研究所の王立松教授と王新宇教授に特に感謝いたします）

参考文献:

楊楊、孫航。高山植物と極地植物の機能生態学に関する研究の進展[J]。植物分類と資源ジャーナル、2006年、28(1):43-53。

LCブリス。北極および高山植物の環境条件への適応[J]。北極、1962年、15(2):117-144。

ブリス、CL。北極とアルプスの植物のライフサイクル[J]。生態学と系統学の年次レビュー、1971年、2(1):405-438。

ジョンソンPL。北極の植物、生態系および戦略[J]。北極、1969年、22(3):341-355。

ワイザーCJ。木本植物の耐寒性と障害[J].サイエンス、1970、169(3952):1269-78。

ケヴァンPG。高緯度北極圏の花の昆虫受粉[J]。生態学ジャーナル、1972年、60(3):831-847。

ピアースRS。寒冷順応の分子解析[J]。植物成長制御、1999年、29(1-2):47-76。

アーチボルド・O・W. 世界の植生の生態学[J]。 1995年、83(4):735.