極地のヤシの木：化石植物は古代の温室気候の緑豊かな南半球の森林を明らかにする

2022 年 5 月 31 日 | イレイナ・ハンコック - UConn Communications

古代の植物は温暖で湿潤な気候における地球上の生命についての手がかりを提供する

新しい研究によると、現在は乾燥したオーストラリアはかつては緑豊かな森林に覆われていました（Adobe Stock）。

古植物学者のデイビッド・グリーンウッドは数十年にわたり、オーストラリアから化石植物を収集してきたが、中には数百万年前のものとは信じられないほど保存状態の良い植物もある。 これらの化石には、それらが繁栄した古代世界の詳細が含まれており、グリーンウッドと、ニューサウスウェールズ大学の気候モデラーで研究者のデビッド・ハッチンソン、およびユニバーシティ大学地球科学部の古植物学者タモ・ライヒゲルトを含む研究者チームは、化石の化石化のプロセスを開始した。証拠をつなぎ合わせて、コレクションからさらに何が学べるかを確認します。 彼らの発見は、Paleoceanography & Paleoclimatology に掲載されています。

化石は、5,500万年から4,000万年前の始新世に遡ります。 当時、世界ははるかに暖かく、より湿っていました。これらの温室条件は、北極と南極にヤシの木があり、オーストラリアのような主に乾燥した土地が緑豊かであることを意味していました。 ライヒゲルト氏らは、当時と現在の降水量と植物の生産性の違いの証拠を探した。

さまざまな植物は特定の条件下で生育するため、植物の化石はそれらの植物がどのような環境で生きていたかを示すことができます。

研究者らは、12 の異なる植物相の形態学と分類学的特徴に焦点を当てることで、始新世の古代の温室世界における気候と生産性がどのようなものであったかについて、より詳細な見解を開発しました。

ライヒゲルト氏は、形態学的手法は、被子植物の葉（顕花植物）が一般に気候に対応する戦略を持っているという事実に基づいていると説明する。

「たとえば、葉が大きい植物を太陽の当たる場所に放置し、十分な水が与えられないと、過剰な蒸発によりしぼんで枯れ始めます」とライヒゲルト氏は言う。 「大きな葉を持つ植物は、熱を周囲に逃がします。したがって、大きな葉の化石が見つかったということは、この植物が過剰な蒸発や顕熱損失が起こらないほど乾燥しすぎたり、寒すぎたりする環境で育っていなかった可能性が高いことを意味します。 「形態学的特徴は、定量化できる環境に関連付けることができます。化石を世界中の現生植物と比較し、最も近い類似点を見つけることができます。」

2 番目のアプローチは分類学的なアプローチでした。 「山を登ると、植物の分類学的構成が変わります。山の低いところには、カエデやブナが優勢な落葉樹林があり、さらに山を登ると、トウヒやモミの森が増えます。 」とライヒゲルト氏は言う。 「したがって、ブナやカエデの化石が見つかった場合、トウヒやモミの化石が見つかった場合よりも気候が温暖になる可能性が高い。」 植物群のこのような気候選好は、化石群内の植物群が成長していた古代の気候を定量的に再構築するために使用できます。

この結果は、始新世の気候はオーストラリアの現代の気候とは大きく異なっていたであろうことを示しています。 緑豊かな景観を維持するには、大陸では安定した降水量が必要でした。 暖かさは蒸発量の増加を意味し、オーストラリア大陸内陸部に移動するために利用できる降雨量が増加しました。 当時の大気中の二酸化炭素濃度が 1500 ～ 2000 ppm と高かったことも、炭素施肥と呼ばれるプロセスを介して緑豊かさに貢献しました。 ライヒゲルト氏は、膨大な量の CO2 により、植物は基本的に顔がパンパンになっていると説明しています。

「オーストラリア南部は大部分が森林に覆われていたようで、主な生産性は季節林と同様で、今日のここニューイングランドの森林と何ら変わりません」とライヒゲルト氏は言う。 「今日の北半球の夏には、北緯40度から60度の広大な帯に存在する広大な森林の一次生産性により大量の二酸化炭素が排出されるため、炭素循環に大きな変化が起きています。南半球では、今日同じ緯度にそのような陸地は存在しません。しかし、始新世のオーストラリアは南 40 度から 60 度を占めていました。その結果、南半球の夏には生産性の高い大きな陸地が存在し、炭素が引き出され、オーストラリアは大部分が乾燥しているため、今日の状況よりもそうだ。」

ハッチンソン氏は、地質学的証拠は、気候が CO2 に非常に敏感であることを示唆しており、この影響は私たちの気候モデルが予測するよりも大きい可能性があると述べ、「データはまた、極地の温暖化の増幅が非常に強かったことを示唆しており、私たちの気候モデルもこの効果を表しているのです。したがって、CO2 の多い始新世の世界のモデルを改善できれば、将来の予測も改善されるかもしれません。」

将来のプロジェクトでは、データセットをオーストラリア以外にも拡大し、地球規模の温室気候下で世界の生産性がどのように変化するかを調査する予定です。

「私たちは世界中で収集された植物化石の大規模なデータセットを持っているので、ここで使用しているのと同じ方法を適用して、世界の生物圏の生産性に何が起こるかを調べることができます」とライヒゲルト氏は言います。

炭素排出量の増加に伴い、植物の光合成活動と水利用効率の増加によって生物圏で何が起こっているかを研究する研究が増えています。 ライヒゲルト氏は、現代の植物にはCO2条件の変化に合わせて進化する時間がなかったと説明する。 ただし、過去を振り返ることで、その情報の一部を収集することができます。

「植物がCO2レベルの変化に適応するには長い時間がかかることは明らかですが、化石植物相によって古代の温室世界の生物圏を覗くことができます。」

植物の進化の不思議さ

大気中の炭素が増加すると、植物の干ばつに対する閾値が下がる、とライヒゲルト氏は言う。 これは、葉の表面にある気孔と呼ばれる小さな穴が開いて、植物に必要な量の食物（CO2）を取り込むためです。

ライヒゲルトはこれを植物の「進化上の奇妙さ」と表現している。 奇妙なのは、彼らが失う水の量と獲得する炭素の量を制御できないからです。 これは、植物が水をあまり失わずにどれだけの炭素を獲得できるかを常に環境を探索していることを意味する性質です。

大気中の CO2 レベルが増加すると、工場の水使用量が減少します。 長期間にわたって、この性質は、彼らがより乾燥した地域に生息範囲を拡大できることを意味します。 植物は地域の保湿力も向上させ、ますます多くの植物がその地域に定着するにつれて、水を蒸散させる内部フィードバック システムを作り出すことができ、その水が雲に集まって雨が降り、内部の水循環を作り出し、その後、森林の拡大につながります。

ライヒゲルト氏は、研究者らが世界中の現代の森林でこの現象を観察していると指摘している。 たとえば、南アメリカの熱帯雨林では、大規模な森林伐採が行われたところ、雨が降らなくなりました。 これは、雲の発生源である木々が水分を蒸散させることによって、水文学的なフィードバックサイクルが壊れたために起こりました。