アリゾナ州の砂漠に位置するバイオスフィア2は、生態系の発達過程を学ぶために造られた、最大規模かつ最も大胆な人工実験施設である。
かつて失敗とみなされたこうした施設は、気候変動を研究するための、現実世界に根差した、しばしば非常に強力な実験室となっている。
地球システムのティッピングポイントが迫る時代にあって、地球システムの健全性や、人間との相互関係をめぐる問いは重要である。
30年以上前、ヒッピーから劇団員へ、さらに持続可能性の熱心な支持者へと転身した8人のグループが、自ら志願し、2年間にわたって人工生物圏に入った。
かつて失敗した実験とみなされたこの施設は、人類が地球に似た環境を再現しようとした最も有名な試みの一つであり、現在では地球の健全性をより深く研究するための機会を提供している。
バイオスフィア2は、創設者たちが「バイオスフィア1」と呼んだ地球を模して設計された。生物圏とは基本的に、地球上の生態系の集合体であり、それに倣ってバイオスフィア2には独自の海洋、熱帯雨林、マングローブ湿地、農場、サバンナが設けられた。現在も、管理された条件下で自然環境を模擬する屋外実験システム、世界最大のメソコスムである。
バイオスフィア2と宇宙開発競争
バイオスフィア2はアリゾナ州にあるが、この種の研究の源流は、ロシアの地球化学者・鉱物学者であるウラジーミル・I・ヴェルナツキーにある。彼の先駆的な研究は、1950～60年代に自国の宇宙計画を形作る一助となった。
最初の密閉実験は1965年、シベリアで行われ、人間が呼吸した空気を藻類で再生した。1970年代までには、ロシア人たちは一度に2～3人をバイオス3施設（容積315立方メートルの「制御生態系生命維持システム」）に最長6カ月間滞在させるようになった。
これに対し、バイオスフィア2は途方もない規模の事業だった。おそらくその広さ（3エーカーを超える）に加え、内部で暮らした人々が訓練を受けた科学者ではなかったことが、メディアの嘲笑を招いたのだろう。
バイオスフィアの居住者たちが持続可能性について独学で学んでいたのは事実だが、彼らが2年間にわたって生命システムをモデル化した実験と、その後施設で行われた研究が地球科学に残した知識の遺産は、それによって損なわれるものではない。
バイオスフィア2とその後継施設に共通するのは、先見性のある構想、カリスマ性を備えた人物、そして裕福な支援者である。バイオスフィア2を発案したのは、冶金学者で、かつてハーバード大学でMBAを取得したジョン・P・アレンだった。彼は世界を変えることを目指して劇団を立ち上げるまでに、さまざまな分野で活動した。
その一環として、劇団員たちは船を造り、さまざまな生態系を訪れて調査した後、米国に戻った。そこで億万長者の実業家で慈善家のエド・バスが、砂漠に巨大なドーム群を建設してこれらの環境を再現するプロジェクトに資金を提供した。
一方ユタ州では、赤い惑星での生命という発想に触発され、火星砂漠研究基地（MDRS）が世界各地から人々を集め、彼らは火星に似た環境の下で生活し、働き、実験を行っている。寄付で支えられるこのプロジェクトの支援者にはイーロン・マスクも名を連ねる。
ほかにも、英国のエデン・プロジェクトでは、使われなくなった粘土採掘場に「居住区」が造られた（閉鎖系ではないものの、独自の研究施設であり、観光名所でもある）。ハワイの火山には、ハワイ大学とNASAの支援を受けてハワイ宇宙探査アナログ・シミュレーション施設が設けられ、スペインの洞窟にはアストロランド惑星間機関が拠点を置く。また、オーストラリアの国立海洋シミュレーターなど、科学研究を支えるために特定の生息環境も再現されている。
宇宙への関心や、他の世界を植民地化する必要性への願望、場合によっては確信が、研究を促してきた。しかし、バイオスフィア2はもちろん、規模は小さいながらもバイオス3やエデン・プロジェクトは、私たちが暮らす地球の生態系を研究する機会を提供している。
生態系実験から学ぶ
人工生態系は、地球にあるものを再現することがいかに難しいかなど、多くのことを明らかにする。もう一つの重要な点は、生態系の中のあらゆるものが相互に依存し合っていることだ。
最初の8人のバイオスフィア居住者の一人、マーク・ネルソンは、こう述べた。「息をするたびに、植物たちはあなたの二酸化炭素を待っています。植物はあなたの第三の肺です。私は『なんてことだ、これが私の命をつないでいる！私はここにある生命と、代謝のレベルで完全につながっている』と思いました」
生物再生システムを運用しようとした試みから、次のような知見が得られている。
十分で、かつ食事として楽しめる食生活を維持するのは難しい。バイオスフィアの居住者たちは食料の80％を栽培した一方、バイオス3で活動したロシア人たちは、およそ半分を栽培した。最終的に前者の生活は自給農業に頼るものとなり、当初栽培していた作物の多くは成長が遅すぎるか、栽培に手間がかかりすぎて割に合わないと判明したため、食事は主にサツマイモとビートに依存するようになった。
動物のバランスを保つのは難しい。バイオスフィア2で飼育された動物は、生態系における役割や、場合によっては食料としての価値を考慮して選ばれた。ゴキブリやアリなど繁殖した種もあれば、花粉媒介者など、数を減らしたり姿を消したりした種もある。花粉媒介者の場合、バイオスフィア2が実質的に大きな温室で、紫外線を遮断していたことが原因かもしれない（ミツバチは花を見つけるために紫外線の波長を必要とする）。その後、さまざまな種類の光を使った実験により、サンゴが飼育環境で生きるために必要とする光の種類が明らかになった。
地球の大気中のガスは、精緻なバランスで管理されている。バイオスフィア2では酸素濃度が急速に低下した。これは予想されていたものの、問題の深刻さと進行の速さに、居住者たちは驚かされた。地球の大気の約21％を占める酸素は、14.2％まで低下した。土壌細菌が過剰に呼吸して二酸化炭素を排出し、ガスのバランスを変えていたことが判明した。
これはほかの地球システムにも広範な影響を及ぼす。二酸化炭素濃度の高い大気の下で、バイオスフィア2の海洋は急速に酸性化した。この現象は、それまで科学者の関心をほとんど集めていなかった。これを受けて1990年代から2000年代にかけてバイオスフィア2でさらなる研究が行われ、二酸化炭素濃度の上昇が海洋生物、とりわけ炭酸カルシウムの殻を持つ海洋生物に及ぼす影響が示された。
人間にも影響が及ぶ。予想どおり、二酸化炭素濃度の上昇に伴い、居住者たちはすぐに無気力になり、機能の低下を自覚した。興味深いことに、2013年のロシアの研究では、6人の男性を火星に似た環境を模した場所に520日間閉じ込めたところ、被験者たちは睡眠時間が増えたにもかかわらず、無気力の度合いが高まったと報告された。
均衡を実現するのは不可能だ。 人間の関わりは、これらのシステムの健全性を保ち、維持するうえで不可欠だった。いずれの実験でも、地球上で当たり前に享受している自律性には遠く及ばなかった。
地球上の生命をほかの場所で再現するには、多額の費用がかかる。バイオスフィア2のような「コロニー」で暮らすには、1人当たり月額82,500ドルかかると推定されている。これは、地球の生態系が無償で提供する、金銭では測れない「価値」を浮き彫りにしている。
バイオスフィア2が残したもの
バイオスフィア2の壮大な理想は、今では先見の明があったように思える。生態系がどのように発達するかを調べ、人間とその技術が自然界のほかの部分と調和する方法を学ぶことが、その目標だった。
地球システムのティッピングポイントが迫る時代に、これは極めて重要だ。ティッピングポイントに達し、それを超え、まれにはそこから後退するなかで、地球システムの役割や、人間とさまざまな生態系の相互関係をめぐる問いが前面に出てくる。
数年間、バイオスフィア2は支持を失い、運営はドナルド・トランプ大統領の元首席戦略官スティーブ・バノンに引き継がれた。彼は施設を閉鎖し、期待されていた100年の寿命を早々に終わらせた。1996年から2003年まではコロンビア大学がバイオスフィア2の運営機関を務めた。2007年にアリゾナ大学が運営を引き継ぎ、2011年には施設が正式に同大学へ寄贈された。
閉鎖系であるため、ここは非常に強力な実験環境となり、科学者は生態系に抜本的かつ迅速な変化を加え、種や植物がどうなるかを観察できる。バイオスフィア2の副所長兼最高執行責任者であるジョン・アダムズは、次のように述べている。「この施設は、秒単位から数十年単位まで、また微視的なスケールから生態系全体の動態まで、さまざまな過程を測定できるよう設計されています」
科学者たちは、環境が変化するなかで、カカオやコーヒーなどの作物がどう育つかを調べるため、さまざまな種類の樹木を植えている。また、この施設を使って水の研究も進めている。具体的には、雨、流出、吸収、蒸発を調べているほか、別の用途として海洋ウイルスの分布を図示し、海洋微生物による光合成への理解を深めている。
研究からは幅広い知見が得られている。樹木に関する知見によると、樹木は驚くほど物理的な高温に耐性があり、干ばつ時には雨雲の形成に必要な化合物をより多く放出する。種によっては脆くなることも分かっており、風が樹木の枝を強くする働きは、荷重をかける運動が人間の骨を強くするのとよく似ている。
アダムズは、「生態系の変化を引き起こす要因を切り分ける能力により、バイオスフィア2は将来の気候シナリオに対する地球システムの応答を予測するモデルの進歩に、独自の役割を果たせる」と述べている。
この点で、バイオスフィア2は時代を先取りしていた。この大胆な実験は、見る人によって先見的とも常軌を逸したものとも評されるが、こうした規模のメソコスム研究の価値がより深く認識されるようになったのは、ここ数年のことにすぎない。
