ニュージャージー州プリンストン上空には、世界で最も特異なテストベッドの一つが広がっています。それは3本の電柱の間に張られた光ファイバーケーブルで、地下を通り抜けて「インテロゲータ」へと送られます。この装置はケーブルを通してレーザーを照射し、反射してきた光を分析します。地震活動や、救急車の通過音などの大きな音によって生じる光の微細な変動を捉えることができます。これは分散音響センシング（DAS）と呼ばれる新しい技術です。
DASは地震活動を追跡できるため、他の科学者も地震や火山活動の監視に活用するケースが増えています（実際、地中に設置されたシステムは非常に感度が高く、上を歩いたり車を運転したりする人を検知できます）。しかし、プリンストン大学の科学者たちは、この技術の、よりノイズの多い用途を偶然発見しました。2021年春、プリンストン大学のテストベッドを運営するNEC研究所の物理学者、サーパー・オズハラ氏は、DASデータに奇妙な信号があることに気づきました。「奇妙なことが起こっていることに気づきました」とオズハラ氏は言います。「そこにあってはならない何かが。あちこちで独特の周波数がブンブンと響いていました。」
研究チームは、その「何か」はニュージャージー州で噴火した火山の轟音ではなく、地下から現れたばかりの巨大なセミの大群（「Brood X」と呼ばれる個体群）の騒音ではないかと疑っていました。同僚の一人が、アメリカ自然史博物館の昆虫学者でセミの専門家であるジェシカ・ウェア氏に連絡を取り、確認してみることを提案しました。「私はセミを観察していて、生物サンプル採取のためにプリンストン市内を回っていました」とウェア氏は言います。「ですから、サーパー氏と研究チームが実際にセミの鳴き声を聞き分けられること、そしてそれが彼らの鳴き声のパターンとある程度一致していることを示した時、私は本当に興奮しました。」
DASが監視できる対象は急速に増えており、昆虫もそのリストに加わるだろう。特殊な構造のおかげで、セミは地球上で最も大きな音を出す昆虫だが、コオロギやバッタなど、他の様々な六本足の生物も大きな音を出す。昆虫学者は光ファイバーケーブルを使えば、安価で継続的に、しかも遠くから生物の鳴き声を盗聴できる強力な新手法を偶然発見したかもしれない。「昆虫が減少している時代に私たちが直面する課題の一つは、個体数や昆虫の生息場所に関するデータを収集する必要があることです」とウェア氏は言う。「この種のリモートセンシングで何ができるかを理解できれば、私たちは本当に創造的な研究ができると思います。」
DASは、セミの大群の鳴き声であれ、地質断層の変位であれ、振動に関係しています。光ファイバーケーブルは、高速インターネットと同様に、光パルスを発射することで情報を伝送します。科学者はインテロゲータ（探査装置）を用いてケーブルにレーザーを照射し、反射して戻ってくる微弱な光を分析することができます。光速は既知の定数であるため、ケーブルのどの場所で特定の擾乱が発生したかを正確に特定できます。例えば、深さ100フィートで何かがケーブルを揺さぶった場合、光がインテロゲータに戻るまでの時間は、深さ50フィートで発生した場合よりもわずかに長くなります。「光ファイバーを1メートル程度ずつ、いわばマイクのように使うことができます」とオズハラ氏は言います。
昆虫科学ジャーナル/アメリカ昆虫学会提供
オズハラー氏のチームは、上の写真でご覧いただけるように、電柱の頂上にあるケーブルのループに注目しました（ループは赤くハイライトされています）。「光ファイバーが直線状であれば、音は光ファイバーと一度だけ相互作用し、その後は伝わり続けます」とオズハラー氏は言います。「しかし、コイル状の場合は、同じ信号が光ファイバー内を複数回伝わります。」これにより、システムははるかに高感度になります。まるでコンサート会場のファンがスマートフォンで盗聴するのと違って、複数のマイクでコンサートを録音しているような感覚です。
2021年春にブロードXが出現した際、オズハラールのDASシステムが偶然盗聴していた。この種の「周期ゼミ」は地中で成長し、種によって13年または17年ごとに交尾のために出現する。「おそらく気候変動の影響でしょうが、理由は正確には分かりませんが、はぐれ者、つまり代謝的に本来の時期よりも早く出現した個体群と、遅く出現した個体群が存在します」とウェア氏は言う。「それらを長期にわたって監視する方法があれば、非常に役立ちます。」
オスのセミには鼓膜と呼ばれる器官があり、太鼓のように振動することで、あの紛れもない鳴き声を生み出します。種によって鳴き声には独自のバリエーションがあり、それによって適切なオスとメスが互いを見つけられるのです。この音には、さらに別の情報も埋め込まれています。オスは日中で最も暑い時間帯に鳴く傾向があり、これはエネルギーを大量に消費します。メスはこれによって、メスの質を見極めることができます。メスは最も適応力のあるオスを選び、子孫に優れた遺伝子を伝えたいのです。
だからこそ、ノイズがこんなにも発生するのです。DASは、セミの出現からピーク、そして集団交尾の儀式が衰退していく衰退期まで、あらゆる音を聞き取ることができます。ノイズの音量はセミの数を示す確かな指標であり、昆虫学者は幼虫の個体数を推定することができます。さらに、気温の影響も見ることができます。気温が高いほど、オスのセミは鳴きにくくなります。「モニタリングデータがある5日間の期間を振り返ると、気温が少し下がると、鳴き声の周波数（ヘルツ単位）がわずかに異なることがわかります」とウェア氏は言います。
メリーランド州コロンビアのX群の死んだセミと瀕死のセミ。
写真：チップ・ソモデヴィラ/ゲッティイメージズ光ファイバーケーブルはすでに至る所に敷設されており、科学者が利用する機会を待っている。もちろん都市部には豊富に敷設されているが、都市間を結ぶものも数多く存在する。これは、より田舎の地域で昆虫を観察したい昆虫学者にとって便利なはずだ。「私たちは光ファイバーケーブルを、0と1のデータ伝送にしか使っていませんが、もっと多くの用途に活用できます」とオズハラ氏は言う。「だからこそ、光ファイバーセンシングは近い将来、ますます重要になり、より広く利用されるようになるでしょう。」
DASが昆虫モニタリングの他の方法に取って代わると主張している人はいない。光ファイバーは広く普及しているものの、どこにでもあるわけではない。むしろ、DASは他の技術を補完する可能性がある。生物音響学と呼ばれる分野では、既にマイクを使って遠隔地の生物種を聴き取っており、AIによるデータ解析も行われている。この手法は、光ファイバーから送られてくるデータの検証に役立つ可能性がある。科学者たちは「環境DNA」、つまりeDNAの実験も行っており、例えば大気質測定ステーションを用いて特定の地域に浮遊する生物物質を収集している。そしてウェア氏のような昆虫学者は、個々の動物の健康状態を物理的に検査するために、依然として野外で標本を収集する必要がある。
「この新技術の本当に素晴らしい点は、たった一本のケーブルで何キロメートルもの距離をカバーでき、すべての情報が一つのデバイスで記録されることです」と、カリフォルニア科学アカデミーの昆虫学者で研究員のエリオット・スメッズ氏は語る。スメッズ氏は今回の研究には関わっていない。「特に昆虫が減少している今、多くの昆虫種の生息状況を把握するための基準値さえも分かっていないことに気づき始めています。最大の障害は、こうしたデータを収集するために十分な数の調査員を現場で確保することです。」
課題は、DASを地球上で最も大きな音を出す昆虫ではない種にも適用し、監視することだ。「今回のケースでは、セミであることは明らかでした。誇張ではなく、何百万匹ものセミが突然舞い降りてきたからです」とウェア氏は言う。「しかし、ほとんどの場合、それぞれの種の個体数ははるかに少ないです。実際に昆虫を区別できるかどうかを知ることは、興味深い課題となるでしょう。」
