光合成の増加が早く老化させ落葉させる

秋には紅葉狩りで人でが賑わいます。しかしよく見ると、まだ青々としている木もあれば、紅葉も終わりほとんど葉が落ちてる木もあります。この差はいったい何なのか・・・。ETHチューリッヒの研究チームが、この原因を特定しました。

Researchers at ETH Zurich have identified a self-​regulating mechanism in European deciduous trees that limits their growing-​season length: Trees that photosynthesise more in spring and summer lose their leaves earlier in autumn.

参照元：https://ethz.ch/en/news-and-events/eth-news/news/2020/11/which-factors-trigger-leaf-die-off-in-autumn.html
– ETHチューリッヒ ETH Zurich. November 30, 2020 –

ETHチューリッヒの研究者は、ヨーロッパの落葉樹の成長期の長さを制限する自己調節メカニズムを特定しました。

春と夏に光合成が多くなる樹木は、秋の早い時期に葉を失います。

落葉樹林の葉は、落ちる直前に黄色と赤の輝きを放ち、秋が来たことを示しています。

葉の老化と呼ばれるこのプロセスにより、樹木は成長を停止し、葉から栄養分を抽出することで、来たる冬に備えることができます。

木生物季節サイクルにおいて、葉の老化マーク生産期間の終わりには、その間に彼らはCO吸収2光合成を介します。

地球温暖化により、近年、植生期間が長くなり、ヨーロッパの木々では、100年前よりも約2週間早く春の葉が出現し、約6日後に秋の老化が起こります。

一般的に、温暖化気候では老化が遅れ続け、気候変動下でこれらの植物が捕獲する炭素の量が増えると予想されます。

しかし、ETHチューリッヒの研究者たちは今や反対の結論に達しています。科学誌に掲載された研究で、彼らは生産期間を制限する自己調節メカニズムを実証しました。

春と夏の光合成の増加は老化を早め、秋には葉が早く落ちる可能性があります。

ETHチューリッヒのクラウザーラボの研究リーダー兼上級科学者であるコンスタンティンゾーナー氏は話します。

「葉の老化の要因が十分に理解されていないため、樹木の成長期を正確に予測することは以前は困難でした。」

これまで、科学者たちは一般的に、夏が終わった後、気温と日長の秋の低下が葉の老化のタイミングを決定する主な手がかりであると考えていました。

いくつかの研究はさらに、春の葉の出現が秋の葉の死に影響を与えることを示しました。

「しかし、これらのメカニズムの重要性は依然として不明であったため、生物季節学モデルはせいぜいそのような影響を部分的にしか考慮に入れることができませんでした」と生物学者は言います。

ゾーナー氏は、春と秋の生物季節学の間の関連は、光合成活動、より正確には、炭素吸収源制限の現象によって説明できると考えました。

この仮説では、窒素などの希少土壌の栄養素は、とりわけ、COの量を制限2植物がシーズン中に吸収します。

したがって、春とシュメールでより多くの炭素の木が吸収するほど、より早い葉の老化が始まるはずです。

葉の老化の制御における光合成のこの役割は、例えば作物で長い間知られていたが、樹木でテストされたことは一度もありません。

これが、ETHチューリッヒの研究者が、野外観察、実験室試験、モデリングを組み合わせたアプローチで秋の生物季節学の推進力を調査する動機となったものです。

過去60年間にわたる6つのヨーロッパの落葉樹種の長期観察が研究の基礎を形成しました。

このデータを使用して、ゾーナー氏のチームは、春の葉の出現、季節的な光合成、CO 2濃度、気温、降水量など、秋の老化のタイミングに対するさまざまな要因の相対的な影響をテストしました。

さらに、研究者たちはまた、気候室と屋外で苗木を使った一連の実験を行いました。

これは、温度、日照やCO２の影響隔離するために、それらを有効に光合成と葉の老化との相関関係を推進するコンテンツを長期的に観察する事により、光合成の強い効果が明らかになりました。

春と夏に光合成が増加すると、葉の老化が早く始まり、光合成活性が10％増加するごとに葉の老化が8日進みます。

実験はこれらの発見を裏付けました。

筆頭著者のデボラ・ザニ氏は関与する力について説明します。

「私たちの分析は、季節的な光合成、秋の気温、日長が老化の主要な推進力であることを示唆しています。そのような大気中のいくつかの要因、CO2濃度、夏の温度、光レベルおよび沈殿はまた、光合成に影響を与えることを介して間接的にのみ老化に影響を与えるように見えます。」

したがって、気候変動下の暖かい秋は老化を延期する傾向があります。

しかし、この影響は、CO 2濃度の上昇、夏の温暖化、葉の早期出現を通じて春と夏の光合成を増加させることによって打ち消されます。

ザニ氏とゾーナー氏は、関連する重みに応じてすべての要素を考慮に入れた、秋の生物季節学の新しいモデルを開発しました。

このモデルにより、研究者は過去60年間の秋の老化のタイミングを、以前のモデルと比較して最大42パーセント高い精度で予測することができました。

その後、著者はこのモデルを使用して、世紀の残りの期間にわたる葉の老化のタイミングの更新された予測を生成しましたが、結果はまったく予想外でした。

今まで、老化は世紀の終わりまでに2〜3週間後に起こると予想されていました。

ザニ氏は話します。

「私たちの新しいモデルは反対を示唆しています。光合成が増加し続けると、葉は今日よりも3〜6日早く老化します。これは、成長期が今世紀末までにわずか8〜12日延長されることを意味し、以前考えていたよりも約2〜3倍少なくなります。」

彼女は、Crowther Labで修士論文の一部として、データ分析とモデリングを実施しました。

彼らの研究では、研究者は汎ヨーロッパ生物季節学プロジェクトからのデータを利用し、1948年から2015年の間に中央ヨーロッパの3,800の場所で合計434,000の生物季節学的観察を評価しました。

6つの代表的な種が研究されました：ヨーロッパの馬栗、シルバーバーチ、ヨーロッパのブナ、ヨーロッパのカラマツ、イングリッシュオークとナナカマド。

著者らは、温帯林のCO 2吸収能力が限られていることを示す証拠として、彼らの研究を見ています。

ゾーナー氏は話します。

「季節的なCO 2の取り込みは、気温の上昇に伴い、古いモデルが予測したよりもおそらくそれほど増加しないでしょう。ETHチューリッヒの研究者たちは、地球の森林における炭素吸収源の制限をよりよく理解したいと考えています。」