まず光合成とは何か、おさらいしましょう。一般的に言われる光合成とは、葉緑体を持つ生物(藻類・プランクトンを含む広義の植物、シアノバクテリア)が行う、酸素発生型の光合成を指します。
二酸化炭素の酸素・炭素、水の水素・酸素を組み替え、酸素の一部を分離して排出、残った成分の炭素・水素・酸素でブドウ糖(グルコースとも)を生み出す生産活動です。

化学反応式では、
6 CO2＋6 H2O=6 O2＋C6H12O6

で、 C6H12O6がグルコースですが、グルコースを構成している6個の酸素原子は、葉から取り入れた二酸化炭素由来の酸素ではなく、根から吸い上げた水分子の酸素によってつくられている、というのが定説でした。簡単に言うと、葉に満たされた水に、葉から吸収した二酸化炭素の炭素のみを結合させて有機物(炭水化物)を生み出し、残った酸素を排出しているということになります。

かつて地上に進出した陸生植物は、太陽光が水の分子に吸収され、また懸濁物質の浮遊でより光が届きにくい水圏よりも多くの太陽エネルギーを得ることができます。しかしその分、大気中の重力や乾燥などに耐えなければなりません。そこで地上の植物たちは、グルコースを強分子構造に作り変えた堅牢なセルロースを、細胞壁に使用する以外にも、茎を肥大化させることに使用しはじめました。「樹木」へと進化して、より高く、より太く、そしてより長く生きることを可能としたのです。

さて、セルロースがグルコースの生成物質である以上、従来の定説では葉由来の成分は炭素のみとなるはずです。ところが、国⽴研究開発法⼈森林研究・整備機構森林総合研究所による実験検証によって、このほど、意外な事実が明らかになりました。
葉から取り込まれる水分は想定よりもかなり多く、しかも葉から取り込んだ水の水素原子や酸素原子が、植物体の構造物(細胞壁や木質支持体)として使用されていたのです。

検証では、実験体として選定された杉の苗木に、供給する水を重水(自然状態で存在している水分子よりも質量数の大きい水分子を多く含む、人工的な特殊な水)に換え、葉から取り込む重水は酸素原子の同位体質量の大きい重水、細根から吸い上げさせる重水は水素原子の同位体質量の大きい重水と、タイプの違うふたつの重水を用い、植物体内での化学反応後の原子の行方をトレースできるように工夫しました。重酸素と重水素では分子のふるまいや吸収率に差異が出る可能性も考慮して、重水を入れ替えての検証も併せて行われました。
すると、細根を構成するセルロースの約80%は細根から吸い上げた水分由来の酸素と水素によるものでしたが、残りの20%は、葉から吸収された水由来のものだったのです。
幹を構成するセルロースの場合は、その割合が細根からのものと葉からのものがほぼ半々、さらには葉の細胞のセルロースでは、葉から吸収された水由来の元素が80%と大部分を占めていました。
つまり、植物の構造体のすべての部分に、葉から吸収された水が使われていたのです。圧倒されるほど太く高くそびえたつ大木でさえも、そのほぼ半分が、葉から吸収された水によって作り出されていたかもしれないのです。

もちろん、実際にはそこまで単純ではなく、同じスギでも苗木の時期と若木、壮年木、老木によってその割合が同一なのか変わるのか、変わるとしたらどのような変移が起きるのか、乾燥した草原に適応したイネ科の珪素の多い葉や、水圏の植物ではどうか、クチクラ層が薄く水を蒸散しやすいが吸収もしやすい落葉広葉樹との比較ではどうか、などの検証や比較が今後必要となるでしょう。しかし、植物の場合、年を経た大木の場合でも常に成長は末端付近の新しい若い枝葉で活発です。基本的には苗木での割合が踏襲されると考えていいかもしれません。