環境にやさしい土壌浄化法が明らかに：イスラエルの研究

1986年に公開された名作映画「リトル・ショップ・オブ・ホラーズ」を見たことがある人なら、人間の血を欲しがるしゃべる食虫植物「オードリー2世」を覚えているだろう。

映画では食虫植物の能力を自由に表現しているが、オードリー2世のキャラクターは、ハエトリグサや、ウツボカズラ科、サラセニア科、フクロユキノシタ科の嚢状葉植物など、花蜜を求める昆虫を食べてしまう自然界の植物からインスピレーションを得ている。オードリー2世の演説は、ドラマチックな効果を狙って誇張されたものではあるが、一部の植物が化学的なシグナルを介して互いにコミュニケーションをとるという自然現象にも通じるものがある。

2021年7月にテルアビブで開催された第49回科学と環境会議で発表されたイスラエルの研究によると、ある植物が汚染された土壌から異様に大量の汚染金属を吸収して除去するという、驚くべき生態系サービスが発見されたのだ。肥料に含まれる一般的な金属成分であるカドミウムは、その典型的な例だ。

金属で汚染された土壌

イスラエルをはじめとする世界各地で、現代の産業活動やインフラ整備に伴う人為的な土壌汚染が深刻化している。

燃料の精製、農薬や肥料の使用、軍事活動、都市の下水や埋立地の存在などの結果、重金属は地下水や土壌の層に浸透する。これにより、環境が汚染されるだけでなく、飲料水や農作物を介して私たちが直接被曝する危険性もある。

テルアビブ大学の大学院生Eyal Grossman氏は、金属汚染を自然な方法で処理するという夢を持っていた。「数年前にインドを旅行したとき、環境や水源の汚染を実際に目の当たりにした」と言う。

テルアビブ大学環境地球科学部の大学院生で主任研究員のEyal Grossman氏は、目障りな存在であることと、それがもたらす困難を目の当たりにして、汚染の処理がいかに重要であるかを理解した。重金属で汚染された土壌はどのくらいあるのだろうか？工業、農業、都市化が進み、土壌汚染の報告が盛んに行われているため、正確で明確な数値を出すことは難しい。

実際、これまでに世界中で報告された土壌汚染の件数は1,000万件を超えており、その半数以上が重金属やメタロイドで汚染されていると言われている。Grossman氏によると、現在、ヨーロッパ大陸の土壌の28％が、フィンランド環境保護省（MoEP）が設定した基準値を超える濃度の重金属で汚染されていると推定されている。

これは、イスラエルを含む準高度工業国すべてに共通する環境上のジレンマのようだ。イスラエルのMoEPは、2014年に実施した土地汚染調査の結果、現在または過去に活動していた事業によって汚染されている、または汚染される可能性のある23,100の局地的な地域をイスラエル全土で特定した。

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イスラエルの沿岸帯水層はその典型的な例だ。ガソリンスタンド、工業プラント、軍事基地、埋立地などの影響で、沿岸平原地域は長年にわたって重金属でひどく汚染されてきた。2018年には、沿岸平原で利用可能な飲料水の8％が汚染され、200近くの地下水掘削施設（イスラエルの掘削施設の約4分の1）が閉鎖されたほどだ。

そして、土地を修復することは簡単なことではなく、費用もかかる。汚染された土壌の掘削、輸送、処理にかかる費用は、イスラエル国内だけで約98億スイスフラン（30億3,500万ドル）にのぼり、その大半を汚染者自身が負担している。このような経済的負担は、先進国のすべての国で発生しており、世界全体での累積経済効果は年間100億ドルを超えている。

「土壌を汚染する金属の問題点は、分解されないことだ」とEyal Grossman氏は言う。

適切な土壌処理と汚染源の処理を行わなければ、土壌中の重金属の濃度は維持され、増加する可能性がある。しかし、重金属は土壌中の一箇所に留まることはなく、そこから問題が始まるのだ。重金属は植物に取り込まれ、必然的に食物連鎖を形成する。例えば、農業地域では、肥料、農薬、灌漑排水、バイオソリッド、糞尿などに由来する有害金属が、私たちの食卓に届く前に作物や家畜に蓄積される。

いずれにしても、環境に悪影響を及ぼし、公衆衛生が深刻な危機にさらされる可能性がある。特に、鉛、ヒ素、カドミウムなどは、一般的な金属汚染物質の中でも特に毒性が強い。

自然の摂理に従う

IARC（国際がん研究機関）でヒトに対する明確な発がん性があると定義されているカドミウムは、特に腎臓障害や骨の奇形などの健康被害を引き起こす可能性があるとされている。環境面では、例えばササフラスに高濃度のカドミウムが含まれていると、木の光合成能力が損なわれる。 この研究では、土壌中の汚染物質のバイオアベイラビリティ（生物学的利用能）を低下させる植物由来の戦略であるファイトレメディエーションを用いた。

「現在の最も一般的な仮説は、ハイパーアキュムレーターは金属を体内に吸収し、金属を避ける害虫を防ぐために、金属を葉に移しているというものだ」とGrossman氏は言う。

現在までに、ヒマワリ、トウモロコシ、菜種（キャノーラ油の原料）などの一般的に知られている植物を含む、約721の超集積体が特定されている。「通常、汚染された土壌はブルドーザーで撤去され、多額の費用をかけて処理施設に送られるか、あるいは単に別の場所に埋められるが、その場合、汚染は単に輸送され、問題は未解決のままである」とGrossman氏は説明する。

しかし、数百種類の超集積植物が確認されており、ファイトレメディエーションのプロセスもよく理解されているため、私たちは自然の力に委ねることができる。特定の場所に埋め込まれた金属汚染物質の疑いや既知の情報に基づいて、特定の高集積植物をその場所に植えれば、それらの植物は理想的に金属を組織に吸収し、時間の経過とともに土壌の肥沃度を向上させることができる。また、金属を含んだ植物は、有機廃棄物として廃棄されるのではなく、重要な原料となる可能性がある。

Grossman氏は、「汚染された植物からバイオ燃料を作ることができる場合もある」と語る。しかし、この汚染物質除去の方法は、これまで研究室や温室の外ではほとんど使われてこなかった。Grossman氏は研究の中で、この方法が見過ごされている主な理由として、植物の成長速度が比較的遅いことを指摘している。特にイスラエルでは、不動産開発やインフラ整備に伴うプレッシャーから、早急な土地の再生が求められている。

プロセスの高速化

ファイトレメディエーションで土地を再生するには、あまり時間がかからないため、研究者たちは、プロセスを高速化して、この戦略をより経済的に実現できないかと考えた。研究者たちが発見した解決策は、植物へのダメージという一風変わったものだった。研究者たちは、80種類の一般的なヒマワリの鉢植えの土にカドミウムを注入し、あるグループの植物に虫に襲われていると「思わせる」ことにした。そのために、葉に爪楊枝で小さな穴を開け、植物ホルモンの一種であるジャスモン酸を散布したのだ。「ジャスモン酸は、ほとんどの植物が害虫に襲われたときに分泌するもので、植物の防御機構を作動させる」とGrossman氏は説明する。

この研究の結果は、勇気づけられるものだった。酸を散布して穴を開けたヒマワリのグループが吸収したカドミウムの量は、特別な処理をしなかったヒマワリのグループに比べて40％も多かったのだ。Grossman氏によれば、これは効果的なファイトレメディエーションに必要な時間をほぼ半分に短縮したことに相当するという。さらに注目すべきは、散布と穿孔の処理を受けたヒマワリは、抑制的なダメージを受けなかったことだ。それどころか、その処理したヒマワリのグループは、無処理のグループと同じように成長したのだ。

「次の実験では、カドミウムが葉だけでなく、植物の体内にも蓄積されているかどうか、つまり、植物が思っている以上にカドミウムを吸収しているかどうかを調べようと思っている」とGrossman氏は説明する。

「汚染された土地を所有していて、間もなく放棄されようとしている自治体や地方議会に対して、学術界との協力を呼びかける。汚染された土地が、その土地や人々の健康を害してしまうのは残念なことだ。代わりに、実行可能なグリーン・リハビリテーションの方法や技術を適用すれば、私たち全員の利益のために土地を浄化できるのだ」

翻訳元：https://nocamels.com/2021/10/israel-study-eco-friendly-soil/

表題画像：Photo by paul mocan on Unsplash (改変して使用)