どうやらGAEは最新(3.6x以上のバージョン)のmogodb uriをサポートしておらず、かなり長いuri表現のレガシー(3.4x以上バージョン)に切り替えた後、すべてがシームレスに機能しました。
spring.data.mongodb.uri=mongodb://<user>:<password>@xyz-abc-delta-james.gcp.mongodb.net:27017,foo-bar-shard-00-01-tlxzf.gcp.mongodb.net:27017,foo-bar-shard-00-02-tlxzf.gcp.mongodb.net:27017/test?ssl=true&replicaSet=foo-bar-shard-0&authSource=admin&retryWrites=true
Springブートには3.6xバージョンへの内部依存関係があるため、3.4バージョンのmongodb依存関係を手動で追加する必要がありました。
<dependency>
<groupId>org.springframework.boot</groupId>
<artifactId>spring-boot-starter-data-mongodb</artifactId>
<exclusions>
<exclusion>
<groupId>org.mongodb</groupId>
<artifactId>mongo-java-driver</artifactId>
</exclusion>
</exclusions>
</dependency>
<dependency>
<groupId>org.mongodb</groupId>
<artifactId>mongo-java-driver</artifactId>
<version>3.4.3</version>
</dependency>