カタバミの緑葉タイプ（左上）と赤葉タイプ（左下）。赤葉は道路の隙間でよく目にする（出所：国立大学法人千葉大学）
千葉大学（千葉県千葉市）らの共同研究グループは10月23日、都市の高温ストレス（ヒートアイランド）によって、カタバミの葉の色が赤く進化し高温耐性を獲得していることを発見したと発表した。
生態学・植物生理学・遺伝学アプローチで、初めてヒートアイランド現象による植物の進化を証明
この共同研究では、都市には赤いカタバミ、農地には緑のカタバミが多く生えている原因を、生態学・植物生理学・遺伝学アプローチで解き明かし、初めてヒートアイランドによって植物が進化していることを明らかにした。
近年、この研究グループを含む世界中の研究者が、都市の生物で急速な進化が起きていることを報告している。しかし、都市の高温が植物をどう進化させるのかは、誰も調べていなかった。
今後、温暖化が進んだ世界の生物の動態を予測しうまく対処することや、高温下で栽培される農産物の開発に役立つと期待される。
研究の概要は以下の通り。
「赤葉は都市の高温に対する適応進化」を仮説に検証
研究グループは、世界中の都市や農地に生えている植物、カタバミに注目した。カタバミには、通常の緑の葉を持つ個体だけでなく、真っ赤な葉を持つ個体まで種内に葉色の変異がある。その葉色の違いの多くは遺伝的に決まっている遺伝的変異といえる。
都市のカタバミは路傍に生えており、高温ストレスを強く受けているように見える。研究グループは、都市部では赤いカタバミが多いことを発見し、これは都市の高温に対する適応進化だと考えた。そこで、この仮説を多角的に検証した。
生態学・植物生理学・遺伝学の様々な視点から分析
東京都市圏の26地点で野外調査をしたところ、芝生や農地など緑地に比べ都市部では赤い葉のカタバミが多くなるという明確な傾向があった。
次に、都市-赤葉、緑地-緑葉というパターンが高温ストレスという選択圧によって生じたのかを調べた。研究チームは、都市を模したレンガ圃場、温室、人工気象装置での栽培実験や葉の光合成活性の測定など様々な手法でこの予測を検証した。その結果、高温下（35度）では緑葉よりも赤葉の方が、高い光合成活性を示し成長が良かった一方で、通常の気温では赤葉よりも緑葉の方が、高い光合成活性を示し成長が良かった。これは、都市の高温ストレスによって、都市で赤葉を進化したことを強く示唆している。
高温の環境下では、赤葉は緑葉よりも成長量が高く（上）、光合成活性が高かった（下）（出所：国立大学法人千葉大学）
さらに、都市の赤葉の進化プロセスを、「集団遺伝学的手法」によって推定した。東京都市圏の都市と緑地のカタバミ136個体を対象に、ゲノムワイドなSNP（集団遺伝学において有用な遺伝子マーカー）の多型を分析することで、集団の進化の歴史を推定した。すると、赤葉は一度だけ進化し東京中に広まったわけではなく、色々な場所で緑葉から赤葉への進化が何度も起こったことが示唆された。
最後に、研究チームは、この進化の普遍性を、世界的な市民観察プラットフォームであり、観察データがオープンに利用できるiNaturalistのデータベースを使って検証した。世界中からアップロードされた9561枚のカタバミの写真を分析すると、予測通り都市部のカタバミは赤葉の割合が高いことがわかった。
市民参加型、「カタバミ」観察プロジェクトも展開
共同研究グループには、千葉大学大学院園芸学研究院の深野祐也准教授、東京大学大学院農学生命科学研究科の矢守航准教授、内田圭助教、東京都立大学大学院理学研究科の立木佑弥助教、かずさDNA研究所植物ゲノム・遺伝学研究室の白澤健太室長、佐藤光彦研究員らが参加。生態学者、植物生理学者、遺伝学者がチームを組むことでヒートアイランドへの適応が包括的に解明された。
現在、かずさDNA研究所を中心に、「みんなでカタバミプロジェクト」と題して、市民参加型のオープンサイエンスで赤葉の進化の遺伝的背景を観察中。世界中どこにでも生えていて、誰でも観察・採集できる都市の雑草だからこそできる新しい科学の在り方として注目を集めている。今後も、都市の雑草で起きている高温適応を、多様な専門を持つ研究者と市民の力で解明していきたいとしている。