科学者が熱帯雨林を盗聴する理由

熱帯雨林には、目に見える以上のものが数多く存在します。高度な訓練を受けた観察者でさえ、植物の絡み合いの中で個々の動物を見つけるのは至難の業です。動物たちはしばしば、敵から身を隠すために適応しているためです。しかし、森の音楽に耳を傾ければ、さえずり、鳴き声、うなり声などから、それぞれの種をある程度見分けることができます。

そのため、科学者たちは熱帯雨林にマイクを仕掛けることが多くなっています。これは生物音響学と呼ばれる急成長中の分野です。AIを用いて音を自動解析し、種を特定しています。ネイチャー・コミュニケーションズ誌に本日掲載された論文で、研究者たちはエクアドルの低地チョコ地方で行われた概念実証プロジェクトについて報告し、森林保全における生物音響学の潜在的な力を示しています。 

「生物多様性のモニタリングは常に費用がかかり、困難な取り組みでした」と、エクアドル国立工科大学の昆虫学者で生態学者のダビド・ドノソ氏は述べ、論文の共著者でもある。「優れたモニタリングプログラムには、システムのダイナミクスを完全に理解し、特定の問題がこれらのダイナミクスにどのような影響を与えるかを理解するために、長年にわたるデータが必要であることを考えると、問題はさらに悪化します。」

研究者たちは、活発な農地、数十年にわたって放置されていたプランテーション（生態学的には回復しつつある）、そして手つかずの原生林など、様々な景観を持つ40以上の地点を選定しました。下には、彼らが設置した機器が示されています。左は15分ごとに2分間の音声を録音するマイクで、24時間365日録音する場合ほどバッテリーの消耗が早くありません。右は昆虫を捕獲するためのライトトラップです。 

研究チームはこれらの録音を入手した後、専門家に依頼して鳥類や両生類の鳴き声による識別を行い、ライトトラップから採取したDNAを用いて夜行性昆虫を識別しました。また、AIを用いて鳥類の鳴き声による識別も行いました。

「科学的な部分は基本的に解決済みなので、AIモデルは機能すると言えます」と、論文の筆頭著者であるドイツ、ヴュルツブルク大学の保全生態学者イェルク・ミュラー氏は述べています。「きめ細やかで高品質です。そして素晴らしいのは、データを保存できることです。」数年にわたる記録により、森林生態系が時間とともにどのように進化していくかを追跡することができます。新たな生物がこの地域に定着するにつれて種の個体数は増加したり減少したりします。また、気候変動によって、より高温で乾燥した環境でどの生物が苦戦し、どの生物が繁栄するかが左右されます。

特に、科学者や自然保護活動家は、撹乱された環境に戻ってくる種の構成を知ることに関心を持っています。エクアドルでは、農地がパンパス草原に似た自然の開けた空間を持つ南米南部から鳥を引き寄せる傾向があります。「つまり、農地と森林には同じ数の種が生息しているかもしれませんが、全く異なる種類の種が生息している可能性があります」とミュラー氏は言います。「これらの生息地は空っぽではなく、鳥でいっぱいですが、原生林本来の動物相はそこにはありません。」

研究者たちは、複雑に重なり合う環境ストレス要因に反応する動物の追跡にも取り組んでいます。森林の健全性はかつて、主に森林伐採の問題でした。しかし今では、地球規模の気候変動と土地利用に起因する、はるかに複雑な問題となっています。例えば、アマゾンは伐採業者と深刻な干ばつの両方に脅かされています。 

野外観察の課題の一つは、人間という巨大な哺乳類が森の中を歩き回り、森の通常の賑わいを変えてしまうことです。しかし、マイクはただ音を聞き、カメラトラップは静かに動きを捉えて写真を撮り、ライトトラップは静かに昆虫を引き寄せます。

研究の録音には、上に示したムラサキハチドリと、下に示した極めて珍しい縞模様のカッコウが収録されている。「これは鳥類学者にとっての聖杯です。エクアドルに30年間も通ってこの鳥を観察する鳥類学者もいますが、一度も見たことがありません」とミュラー氏は言う。「私たちは音声レコーダーとカメラトラップでこの状況を報告しています。つまり、これらのレコーダーのもう一つの利点が明らかになったのです。つまり、邪魔にならないということです。」

生物音響学は生態学のフィールドワークを完全に置き換えることはできませんが、科学者を長期間僻地に派遣するだけでは莫大な費用がかかる膨大なデータを提供することができます。生物音響機器を使用する場合、研究者はデータ収集とバッテリー交換のために現場に戻る必要がありますが、それ以外は何年も中断することなく稼働させることができます。「10台、100台、あるいは1,000台の録音機からサンプリングをスケールアップする方が、10人、100人、1,000人の人々に同時に森に行くよう訓練するよりもはるかに簡単です」とドノソ氏は言います。

「このような厳密な評価の必要性は非常に大きい。現場主義的なアプローチは、決して費用対効果の高いものではない」と、ネイチャー・コンサーバンシーの主任科学者であり、アジア太平洋地域の保全担当ディレクターを務めるエディ・ゲーム氏は同意する。ゲーム氏は今回の研究には関わっていない。「比較的よく研究されている地域でも難しいだろうが、種の多様性が並外れた熱帯林環境では、本当に難しい」 

もちろん、鳥、昆虫、カエルは大きな音を発しますが、多くの種は発声しません。マイクで蝶やヘビの存在を拾うのは困難でしょう。

しかし、生物音響学だけで森林の生物多様性を定量化できると主張する人はいません。現在の実験と同様に、生物音響学の研究は、カメラ、フィールド研究者、DNA収集と組み合わせて行われます。このチームはライトトラップで捕獲された昆虫から直接DNAを採取しましたが、他のチームは動物が土壌、空気、水中に残す環境DNA（eDNA）を収集する可能性があります。例えば6月には、別のチームが大気質観測所のフィルターを用いて風によって運ばれたDNAを特定する方法を示しました。将来的には、生態学者は森林の土壌を採取し、その地域をどのような動物が移動したかを把握できるようになるかもしれません。しかし、生物音響学は種を継続的に監視し、eDNAはどの種が特定の領域を横切ったかについての手がかりを記録できますが、これらの種がどのように相互作用しているか、例えば、どの種がどの鳥を狩っているのか、どの種類の鳥が他の種と競争しているのかを観察できるのは生態学者だけです。 

新たな研究の生物音響データは、エクアドルの森林が小規模牧草地やカカオ農園が放棄された後も見事に回復できることを示唆している。例えば、研究者たちは、樹齢30年の回復林で既にシラヒワが生息しているのを確認した。「専門家の協力者でさえ、回復林にいわゆる原生林がいかによく定着しているかに驚きました」とミュラー氏は語る。「ヨーロッパと比べると、彼らは非常に早く原生林を形成します。つまり、40～50年後には、完全に原生林にはならないということです。しかし、これらの非常に希少な種の多くは、この森林を生息地として利用し、個体数を増やすことができます。」

この技術は森林の回復状況のモニタリングにも役立つでしょう。例えば、政府が主張する地域を実際に再生させているかどうかを確認するのに役立ちます。衛星画像は新しい木が植えられたことを示すことはできますが、健全な生態系や生物多様性の証拠にはなりません。「生態学者なら誰でも、木々が森林生態系を形成するのではないと言うでしょう」とゲーム氏は言います。鳥、昆虫、カエルといった熱帯雨林に生息する様々な生物種が複雑に絡み合い、繁栄しているカコフォニーこそが生態系を形成するのです。 

「音が環境について何を教えてくれるのか、私たちはこれからももっと多くのことを学び続けるでしょう」とゲーム氏は言う。彼は生物音響学を、衛星画像を科学界に公開し、気候変動や山火事被害に関する重要な研究につながったNASAのランドサット計画と比較する。「ランドサット計画は、地球を見る私たちの見方を根本的に変革しました。音にも、それと似たような可能性を秘めているのです」と彼は言う。