キング・アブドラ科学技術大学の研究者らは、シュウ酸を生成する植物と微生物を使って二酸化炭素を捕獲する新しい方法を開発した。これにより、彼らは砂漠を炭素隔離システムに変えることを目標としている。この計画を実行に移すため、研究チームはサウジアラビア北西部で実験を開始した。彼らは砂漠の植物の成長を助けるため、アカシアなどの窒素固定マメ科植物を植えた。
排出量を削減するだけでは、大気中に存在する極めて高い二酸化炭素濃度を下げるには不十分です。環境中に既に存在する二酸化炭素を除去し、貯蔵する必要があります。キング・アブドラ科学技術大学（KAUST）の植物科学者チームは最近、乾燥地帯には二酸化炭素を吸収する可能性があるとする意見論文を発表しました。
研究者らによると、乾燥した生態系を効果的な炭素隔離システムへと変えることは可能だという。これは、土壌の健康状態を改善し、光合成効率を高め、根のバイオマスを増加させることで実現できる可能性がある。そして、土壌微生物、土壌の種類、適切な植物の組み合わせを理想的に組み合わせることで、自然発生的な生物地球化学的プロセスを組み込み、促進することができる。ここで議論されているのは、シュウ酸塩-炭酸塩経路というプロセスであり、これは地下に炭素吸収源を作り出すのに役立つ。
KAUSTの植物科学者で筆頭著者のヘリベルト・ヒルト氏は、 「炭素隔離を含む生態系機能を回復させることで砂漠を緑化することが、優先すべきアプローチである。乾燥地帯を緑化と炭素隔離のために再生する利点は、農業や食料生産に利用されている土地と競合しないことだ」と述べた。
シュウ酸の重要性
この方法は、乾燥地帯に適応した植物が生成するシュウ酸塩（腎結石や痛風の原因となる炭素と酸素を含むイオン）を利用するものです。特定の土壌微生物は、炭素源としてシュウ酸塩のみに依存しています。その結果、土壌中に炭酸塩分子を放出します。
炭酸塩は急速に分解することが多いのですが、これらの植物微生物系がアルカリ性でカルシウムが豊富な土壌で栽培されると、炭酸塩はカルシウムと相互作用して、永続的な炭酸カルシウムの堆積物を形成します。
自然の炭素循環は通常、大気、海洋、陸上生態系の間での二酸化炭素の交換を伴う。しかし、人間の活動により、大気中には過剰な二酸化炭素が著しく蓄積されている。
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樹木対乾燥地
樹木は炭素を吸収する理想的な解決策としてしばしば考えられているが、植林は貴重な耕作地をめぐって農業と競合するという課題がある。しかし、砂漠を炭素隔離システムに転換するという概念は比較的新しい。地球表面の約3分の1を占め、現在農業に利用されていない乾燥地帯には、大きな可能性が秘められている。
乾燥地帯は、主に水の不足のため、植物の種類が限られていることで知られています。しかし、一部の植物は、こうした厳しい環境下で生き残るために、巧妙な戦略を発達させてきました。その結果、水の不足や極端な気温といった困難を克服することに成功しています。
乾燥地帯で生育する植物の中には、地下水源にアクセスするための優れた根系を持つものがある。さらに、これらの植物は独特の光合成方法を用いることで、日中の灼熱の時間帯に水分を節約することができる。
また、シュウ酸塩を生成する能力を持つシュウ酸塩生成植物と呼ばれる植物もあり、干ばつの際にはシュウ酸塩が水に変換される。
微生物は自身の代謝に炭素を利用するだけでなく、炭酸塩として土壌中に放出する。この炭酸塩は炭酸カルシウムとして沈殿する性質があり、その安定性は数世紀、あるいは数千年にも及ぶ。乾燥地帯における炭素隔離のための提案システムは、炭素の最大4分の1をシュウ酸として土壌中に放出するシュウ酸生成植物と、シュウ酸栄養性微生物を組み合わせたものである。
これらのシュウ酸塩から一定量の炭素が地下に沈殿するため、研究チームはこのメカニズムを炭素隔離に利用したいと考えている。報告書によると、「この形態の炭素隔離では、光合成によって固定された炭素原子の16個に1個が炭酸塩として隔離される可能性がある」とのことだ。
肥沃な島々
著者らによると、乾燥地帯で自然に発生するこの生物地球化学的プロセスを強化することで、生産性が低く劣化したこれらの生態系を、土壌と植物が豊かな炭素吸収源へと変えることが可能になるという。
著者らは、肥沃な島々を起点とすべきだと提唱している。肥沃な島々は、植物や微生物が繁殖し、最終的には豊かな植生の絨毯を作り出すことができる、再生された生息地の小さな領域である。
共著者のハッサン・ブークシム氏は既にサウジアラビア北西部で実験を開始しており、アカシアなどの窒素固定を行うマメ科植物を植えて、他の砂漠植物の生育を促進している。著者らは、こうした取り組みによって、10年以内に植物や土壌に蓄積される炭素量を大幅に増加させることができると考えている。
しかし、この方法の成功とスピードは、乾燥地帯での植物の成長速度、そしてさまざまな乾燥国における資金と政治的支援の入手可能性によって左右されるだろうと研究者らは指摘している。
「KAUSTのネイティブゲノムプロジェクトの一環として、私たちはすでにいくつかの在来のシュウ酸生成植物種を特定しましたが、このプロジェクトは今後、数百種の在来植物と微生物の特徴を明らかにするために拡大される予定です」とヒルト教授は述べています。
ヒルト教授のチームは、有益な微生物を在来植物の種子に直接塗布することで、種子コーティングのプロセスに革命をもたらしました。これらの種子は、厳しい砂漠環境に植えられる前に、苗床で慎重に栽培されます。したがって、砂漠を炭素隔離システムに変えるというのは達成不可能な作業のように思えるかもしれませんが、何もしないよりは、さまざまなアプローチを試してみるほうがよいでしょう。
