葉の分光反射率と遺伝子発現の相関関係が拓く、森林モニタリングの新たな可能性

ノートルダム大学の研究チームは、植物の葉が反射する光のスペクトル特性と、特定の遺伝子発現との間に直接的な相関関係があることを突き止めました。この画期的な研究成果は学術誌『Nature: Communications Earth & Environment』に掲載され、衛星データを用いた分光分析から植物の分子レベルの状態を把握できる道を開きました。これにより、樹木に目に見える衰退の兆候が現れるずっと前に、ストレス状態を察知することが可能になります。

調査は、ウィスコンシン州北部およびミシガン州上半島の森林地帯に自生するサトウカエデ（Acer saccharum）とアメリカハナノキ（Acer rubrum）の葉を対象に行われました。ノートルダム大学環境研究センター（UNDERC）の所長であるネイサン・スウェンソン氏率いる研究チームは、反射光の特定の波長と、乾燥ストレスや害虫への反応に関連する遺伝子との間に強い結びつきがあることを報告しています。分析の結果、調査対象となった遺伝子の半数以上において特定の分光特性との明確な相関が認められ、独自の「分子の指紋」を形成できることが判明しました。

この手法は、国際宇宙ステーション（ISS）などに搭載されたセンサーを活用し、ゲノム規模での森林エコシステム監視を実現する可能性を秘めており、NASAからの資金援助も受けています。広大な面積を対象とする従来のサンプリングやゲノミクス解析は多大な労力とコストを要してきましたが、リモートセンシング技術の導入により、より深い洞察を効率的に得ることが可能となります。本研究は、ISSで運用されているバイオマス・マッピングのためのGEDIミッションなどの既存プロジェクトを補完し、分子レベルの理解という新たな層を加えています。

これらの分光データと、人工知能（AI）を用いた既存の樹種分布マップを統合することで、個々の樹木に関する包括的なプロファイルを作成できるようになります。これにより、森林の健康状態の悪化が検知された際、タイムリーかつピンポイントな対策を講じることが可能となり、バイオマスの維持や炭素バランスの保護において極めて重要な役割を果たします。今回の新手法は、単なる物理的特性の記録から、乾燥や害虫といったストレス要因に対する森林の回復力を支える分子プロセスの評価へと、大きな転換をもたらすものです。