植物は領土を奪うために、戦うときに「暴力」を使います！

制作：中国科学普及協会

著者: 廖新鋒 (中国科学院昆明植物研究所)

プロデューサー: 中国科学博覧会

植物間の秘密の闘い

タイトルを読んだ後、植物はどのように行動するのかと疑問に思うかもしれません。実際、時間のスケールを少し広げてみると、植物が示す活発な闘志は動物に劣らないことがわかります。植物は日光を浴びて空間を占有するために、利用可能なスペースがすべて埋まるまで他の植物を遮断するように注意深く配置します。

植物が生える枝葉の一つ一つには、それぞれ「意図」があると言えます。枝は大まかな方向の空白部分を占め、合理的な配置によって日陰になることを防ぐことができ、また葉も狭い範囲で動き、葉柄をねじって光の方向を最大限にすることができます。

常緑のつる植物は葉柄をねじって葉を動かす。

（画像出典：著者）

森林の樹冠でこの現象を見たことがあるかもしれません。木々の間には隙間があり、まるで木々が互いに「親切」を示しているかのようです。しかし、この現象は「樹冠の恥ずかしさ」と呼ばれ、おそらく木々がお互いに礼儀正しくしているのではなく、むしろ木々が争った後に残した痕跡である可能性が高いです。複数の木の枝が互いの空間に侵入すると、直接「戦う」ことはありませんが、樹冠間の風によって「接近戦」状態になります。このようにして、長期間の物理的な摩耗の後、樹冠の間に暗黙の隙間が残り、下部の植物に日光が差し込むようになりました。

クラウンシャイネス

(画像出典: Wikipedia)

地下では、植物の根は餌を探す動物のように動き、餌を探す本能を示しています。彼らは地下の水分と栄養分を奪い取ろうと静かに戦い、土壌に1インチのスペースもほとんど残しません。根系は、植物の地上部分と同様に、静かに拡大し、地下の空き領域を事前に占領します。根系の秘密の戦いは植物の分化も引き起こし、地下空間の根が地上部と同様に階層化され、あたかも互いに譲り合っているかのように見えるが、実際にはこれも闘争の結果である。

地下の根の構造

(画像提供: The Turfgrass Group)

地面にはあらかじめ植物が植えられています。彼らは落ち葉を通して地面を「汚染」し、これらの葉の分解によって生成される化学物質は他の植物の発芽を阻害する可能性があります。たとえば、クルミの森の下にはまばらな植生が見られるかもしれません。これは、クルミが他の植物と資源をめぐって競争するのを防ぐために、葉を通してクルミフェノールを地面に放出するためです。この戦略はアレロパシーと呼ばれます。

アレロパシー効果により、森林の下には植物が育たなくなる

(画像出典: Wikipedia)

これらの一般的な戦い方は、植物がすでに領土や資源を求めて密かに戦っているものの、動物のように直接的な行動をまだ起こしていないことを示しています。これは、植物の移動性が悪く、直接行動を起こすのが不便だからです。しかし、最新の研究では、植物は持続的な成長によってもたらされる変化を通じて直接的な行動をとることができることがわかっています。

植物の「闘いの陣営」

例えば、アマゾンに生育するビクトリア・アマゾニカは、その名の通り、人々を拍手喝采させるような支配的な気質を持っています。

アマゾンでは、ビクトリア・アマゾニカが川面から現れる頃には、川面はすでに他の水生植物で満たされている場合があります。水生環境に適応した植物にとって、水面は日光が十分に当たり、自由に移動できる絶好の場所です。そのため、生育期になると、植物は活気に満ち、水面をめぐる競争はアフリカのサバンナと同じくらい激しくなります。

残念ながら、これらの浮遊植物の優位性は一時的なもので、ビクトリア・アマゾニカは葉が水から出てくる前からすでに力をつけている。水中植物なので、体を安定させるために土の中に根を張ります。葉柄によって葉が水から持ち上げられると、ビクトリアアマゾニカは戦闘準備完了です。

アマゾンの睡蓮の葉が水から出てくる

（画像提供：NikonClub Singapore）

水中では、ビクトリアアマゾニカの葉芽は分化を完了しています。水面に到達した時はまだ芽ですが、成長が非常に早く、急速に拡大することができます。葉は成長し続けると、周囲に広がり続けます。ビクトリアアマゾニカの葉の裏側にあるトゲは、成長して伸びるにつれて周囲の植物を押しつぶすこともあります。

ビクトリアアマゾニカは葉の裏にあるトゲを使って他の植物を踏みつぶす。

(画像出典: Wordpress)

タイムラプス撮影を使用してビクトリアアマゾニカの成長過程を撮影すると、葉の一連の動作全体が完全に表示されます。葉が開いていないときは、葉の裏側にあるトゲが伸びて丸まり、芽を守る役割を果たしていることがわかりました。

葉が成長して広がると、葉自体が川底の根を支点に葉柄を半径にして川面上で渦を巻き始め、投げ縄のように回転し始めます。他の植物はこれに対して全く無防備であり、葉の棘は湖面を一掃することができ、アフリカの草原のライオンの王のように無敵で威圧的でした。

アマゾンの睡蓮の葉は、掃き掃除と押しつぶしを使って最終的に水面を支配する

(画像出典: rove.me)

最初に「横たわって」から行動を起こす「陰謀」植物

アマゾニカは成長によって得たパワーを利用して主導権を握り、川面の他の水生植物と領土を争います。偶然にも、サバンナの草原環境に生息するキク科の小型イネ科植物、Elephantopus elatus も、地上で戦う際に同様の戦略を採用しています。

完全に「平らに」なっているように見えます。葉は主に地面にあり、ロゼット状に広がっており、地面から出てくるつもりはありません。これらが出現するのは繁殖期のみで、受粉と種子の散布を容易にするために花が地面から出てくるときです。残りの時間、葉は完全に「平らに横たわって」おり、水平方向にのみ広がります。

タンポポの横たわった姿勢

(画像出典: phytoimages.siu)

この成長パターンでは、すぐに急速に生える草に隠れてしまいます。興味深いことに、ロゼット状の葉は表面の垂直方向では競争できませんが、「一歩一歩前進」することができます。

葉が成長するにつれて、地面に逆さまに置かれたトレイのように、葉の端が内側に丸まり、グリップ力が増します。葉が急速に伸びると、近くに生えている草の苗を押しのけ、その部分が日陰にならないようにすることがあります。このようにして、散在する表面の葉は表面上の領域をめぐって競争することができます。

研究者らは実験のために野生の生息地から地上のタンポポを移植し、葉の成長方向にプラスチックのチューブを挿入し、そこに小型の力測定器を設置した。研究によると、地表を這って成長することで、グラウンドグラスは葉の先端を使って継続的に前方に押し出され、葉は平均 0.018 N、最大 0.2 N の力を発揮できることがわかりました。

スパティフィラムの葉が生み出す推進力の範囲

（画像出典：参考文献、中国語翻訳：朱歓）

こうした努力は控えめに思えるかもしれないが、木を止めようとするアリだけの努力ではない。彼らが対峙しているのは、巨大な体を持つ巨人ではなく、芽を出したばかりの若い草の苗だ。彼らがしなければならないのは、成長した後に苗が隠れないように、ゆりかごの中の苗を絞め殺すことです。

地上タンポポが生み出す推力と距離の測定

（画像出典：参考文献）

研究者らは、力の測定に加え、グラウンドホッグの周りにライグラス（Lolium perenne）の苗木も置いた。研究者たちは、グラウンドホッグが生み出す力はライグラスの苗木20本を押したり覆ったりするのに十分であることを発見した。

これは、地上のタンポポの強い押圧力だけでなく、その体の形状による圧力も影響しています。伸ばしていない草の苗と比較すると、地上タンポポの葉は非常に幅広く見えます。これは、ブルドーザーを使用して草の山を押し進めるのと同じであり、多くの労力を必要としません。最初の一押しが成功しなかった場合、地上タンポポは、目標を達成するまで諦めないという勇敢な気持ちで、同じ基点から第二波、第三波の葉を送り出します。

グラウンドグラスは周囲に生えるライグラスを押しのける

（画像出典：参考文献）

季節的な草原に生息するグラウンドホッグにとって、その積極的な競争戦略は的を絞った効果的なものである。草が生える季節になると、これらの草は地下の芽から急速に成長します。やがて、これらの背の高い草が地面のタンポポを覆い、日光が届かない本当の最下層になります。

サバンナの完全に成長した草

(画像出典: Pinterest)

しかし、研究者らは、葉の急速な成長を通じて、グラウンドホッグの植物は0.1平方メートルの領域を保護できると推定しており、推力と体圧のために日陰を作ることはできないだろう。そうすれば、グラウンドホッグが地表に留まって上層が占有されていない場合でも、グラウンドホッグは最上層に留まり、たっぷりと日光を浴びることができます。

スパティフィラムの葉は急速に成長し、推進力を生み出します

（画像出典：参考文献）

結論

この発見は、植物の活発な闘争の研究に新たな章を開いた。私たちの周りにはロゼット状の葉を持つ植物がたくさんあります。表面上は静かにしているように見えますが、実は密かに頑張っているのかもしれません。

私たちが森を見るとき、目にするものは植物同士の闘争の結果なのかもしれないと想像してみましょう。森の垂直構造は、一番上に木々、次に低木、一番下に草本植物、その間を蔓が這うように、非常に明白であることが多いですが、その過程を注意深く考えてみると、それぞれの植物が独自の位置を占める過程もまた、非常に刺激的で強烈なものかもしれません。おそらく、将来的には、植物が主導権を握り、私たちが発見するのを待っているという事件がさらに増えるでしょう。

参考文献:

[1]Sicangco、Camille K.、他。 「ロゼット植物の葉による活発な空間獲得」カレントバイオロジー32.8（2022）：R352-R353。