宇宙からアホウドリを数える

とても魅力的なニュースがありました。

世界の民間地球観測衛星の中でも、解像度31cmという最高クラスの分解能を誇るDigital GrobeのWorldView-3衛星の画像を使って、宇宙からアホウドリの個体を1羽1羽数えようという研究です。

BBCニュースでで見つけたこの調査プロジェクト、いくら高分解能とはいえどうやって個体の数を判別するのか、なぜアホウドリなのか、報告の原文がありましたので読んでみました。

Using super-high resolution satellite imagery to census threatened albatrosses

■誰が調査したの?

英国南極研究所(BAS)の調査チームです。筆頭著者はPeter T. Fretwellさん。BBCのニュースで「調査対象のキタシロアホウドリは翼長が3mもあり、衛星画像で数ピクセル分になるので個体を数えることができる」と解説されていたのはこの方ですね。

■キタシロアホウドリって?

大型の海鳥であるアホウドリの仲間は絶滅危惧種となっている種がいくつもいます。中でも、ニュージーランド南島の東側、チャタム諸島に生息するキタシロアホウドリ(Northern Royal Albatross)は、IUCNレッドリストで「危機」(絶滅危惧ⅠB類)に分類されている大型の種類です。

繁殖地の島は、チャタム諸島の中でもフォーティーフォーズ諸島、ビッグシスター島、リトルシスター島の3つに集中しているといいます。1980年代と1990年代にキタシロアホウドリの住む島に連続して激しい嵐があり、地表の植物などを根こそぎ押し流してしまうことがありました。このため、90年代には卵が孵らずに生息数が大幅に減り、現地調査と航空機調査で確認された繁殖ペアの数は1995年に5200になってしまったといいます。その後、2002年には5800つがいまで回復しました。

■なぜ衛星から数えるの?

地球観測衛星の画像で生物の生息を調査するという試みはそれほど珍しくありません。ただ、ある動物種の生活に欠かせない植物の広がりを調べることで間接的に生息している地域を調べるとか、ペンギンのコロニーを調べることで生息数を推定するとかいった手法が中心のようです。報告によると、直接個体を数えるという試みはホッキョクグマ、アザラシ、ヌー、ミナミセミクジラなど大型の動物で小規模に、試験的に行われたことがあるといいます。なので、ツイートで世界初らしい、といったのは間違い。ただ、超高解像度(VHR)衛星の画像が利用できるようになったことで、宇宙から個体数を数える衛星画像の利用も本格的に始まってきたということなのでしょう。

今回のキタシロアホウドリの個体数観測は、生息数とその傾向を調べるためのもの。WorldView-3の画像を使った手法の正確さなの実証でもあります。比較対象として、同じく大型のワタリアホウドリも観測しています。イギリス領のサウスジョージア島のワタリアホウドリは地上からの観測で巣の数などが継続して確認されているので、衛星画像で数えた結果と比較することでその精度を確かめられるというわけです。

そもそも、キタシロアホウドリは断崖絶壁に囲まれた無人島に繁殖していて、人が容易に近づくことができません。航空機での観測は天候に左右され(雲があると見えないのは衛星画像も同じですが)、かつニュージーランド本島からかなり距離があるためにかなりコストもかかって頻繁な観測が難しいそう。

利用できる衛星画像が進歩した、という事情もあります。2015年、アメリカで商用地球観測画像の解像度が50cm制限から30cmとなり、より高解像度の画像を利用できるようになりました。VHR衛星画像を利用しやすくなったことで、科学的な利用への期待も高まったといいます。中でも、DigitalGlobeの運用するWorldView-3(ボール・エアロスペース製、2014年打ち上げ)は31cm(直下)という商用衛星では最高の超高解像度を誇っています。1平方mあたり、50cm解像度の衛星ならば4ピクセルとなるところ、31cm解像度なら2倍以上の10.4ピクセルに。宇宙から動物を数えられる可能性が飛躍的に高まったといいます。

そしてキタシロアホウドリの繁殖期にあたる2016年の2月にチャタム諸島を撮影した衛星画像と、前年の2015年12月のアーカイブ画像を2009年の地上観測写真と比較することになりました。また、過去の地上観測地には巣の位置と不可能成功/失敗を記録済みだといいます。

■実際のところ、どうだったの?

で、実際に衛星から撮影された画像がこちら。

キタシロアホウドリは白い羽根にところどころ黒い模様が混じった姿をしており、緑や茶色の植物の上では白く目立ちます。身体の大きさは107~135cmほどとのこと。WordView-3の画像を拡大しても、ちゃんと白いピクセルになって写っているんですね! ところどころ、やや大きい白いドットが写っているのは、地上で羽根を広げている(ディスプレイ中または飛ぼうとしている)とのこと。


そして、こちらは2016年2月に撮影されたリトルシスター島(a)とフォーティフォーズ島(b)での営巣地の衛星画像。あ……白い点がいっぱい見える……というだけで、なんだか新時代という感じがします。

ただ、キタシロアホウドリの白い点が多く見えるフォーティーフォーズ島に比べ、リトルシスター島はなんだかまばらに見えます。個体数のまとめ表によると、2009年の航空機観測とくらべるとフォーティーフォーズ島はやや減少、という程度ですがビッグシスター、リトルシスター島での減少が大きいとのこと。1990年代にキタシロアホウドリの環境に大きな影響を与えた島の植物の減少は、フォーティーフォーズ島ではだいぶ回復したものの、ほかの2つの島では回復が遅れているため、キタシロアホウドリの繁殖の成功率にも影響しているのではないかといいます。

今回の観測でキタシロアホウドリの将来が心配されるものの、衛星画像による観測の有効性はかなり高く、ほかの継続的なモニタリングが必要な絶滅危惧種にも応用できそうだと報告書は述べています。応用するとしたら、2ピクセル以上になる身体の大きさが62cm以上で、身体の色が白や黒など周囲とコントラストが高い動物なら行けそうだとのこと。たとえばほかのアホウドリやカツオドリ、ペリカンやハクチョウなどなど。航空機よりも低コストで、人が行くよりも安全な観測手段のオプションが広がる期待ができそうです。

 

エドウィン・ハッブルと猫のコペルニクス

 

ハンティントン・ライブラリー収蔵。1953年撮影の天球儀とエドウィン・ハッブル、猫のコペルニクス

 

1年ほど前のことです。ディスカバリーチャンネルの番組「科学は歴史をどう変えてきたか:宇宙」を観ていましたら、ハッブル宇宙望遠鏡(HST)にその名を残す天文学者エドウィン・ハッブルが紹介されました。天球儀を前にしたハッブル晩年の写真です。しかし……膝の上に天球儀より目をひくものが。ぽっかり浮かぶ目が見えて、明らかに黒猫を抱いています。

「クロネコだっこしてる!」

ハッブルが猫好きだとはついぞ知りませんでした。

探してみると、写真はハッブルの論文や遺筆を収蔵したハンティントンライブラリーに収蔵されているものです。ハンティントン・ライブラリーblogの「ハッブルとコペルニクス」によると猫の名前はニコラス・コペルニクスといい、もちろん天文学者からつけられた名前だそう。記事ではThe part-Persian leviathanということなのでペルシャの血が入っていて、わりとやりたい放題していたようです。

ハッブルは、歳とってから飼いはじめたコペルニクスを奥さんともどもとても可愛がっていたそう。「すべての猫には専用ドアがなくてはならぬ」と主張して専用ドアを用意してやり、パイプクリーナーで遊び(モール状のブラシでじゃらしてやったわけですね)、書き物をしているハッブルの机の上にコペルニクスが長々と寝そべっても「手伝ってくれてるんだよ」と目を細めていたとか。

コペルニクスはわりとワイルドな猫でトカゲやら鳥やらネズミやらをせっせと捕ってはハッブルにプレゼントしていたとか。「天文学者と同じで、夜中のランチが好きなのです」とハッブル夫人グレースさんは書き残しているそうです。お客さんがあまり好きではなかったようで、「マクベス」を読みに訪れたオルダス・ハクスリーが爪の犠牲になったと……大丈夫でしょうか。しかしエドウィン・ハッブルとオルダス・ハクスリーには親交があったのですね。

ハッブルはかなり歳をとってから猫を飼い始め、コペルニクスより先に亡くなっています。窓際の席でずっと帰りを待っていたコペルニクスは、それから9年後のクリスマスイブまで生きていたということです。

【補足】BBC Horizon視聴記:ネコのひみつの暮らし

今朝のエントリではいくつか取りこぼしているところがありましたので追記です。

GPS首輪の仕様:重量35g(装着される動物の体重の1~2%というのがスタンダードのようですから、ネコの体重を平均3~4kgと考えればこれくらいになりますね)。GPSモジュールの測位間隔は30秒毎、加速度センサーの記録頻度は2秒毎。メモリはマイクロSDを使用。

煉瓦造りの建物や下草の密生したところではやはりGPS信号の受信に問題があるとのこと、研究チームは信号解読のノウハウを積み上げて数十センチメートルまで精度を上げた、とありますね。どうやっているんだ……知りたい。また、GPS信号が貧弱な状態が続くということは、ネコが屋内にいるということだと判断して、動作を押さえるというかスリープのような状態に入るそうです。測位もきっと休止ですね。ソフトウェアのアップデートやデータの吸い上げを毎晩行っているそうですから、充電はその際にできます。やはり太陽電池はイエネコ用の場合は必要なさそうです。

キャットカムとIRフィルターについて:
「IRフィルターを取り外せるようにして昼夜使い分ける」なんてさらりと書きましたが、ちゃんとわかっていなかったので夫の意見を仰ぎました。
「実はほとんどのCCDは人間の目よりも赤外線方向に感度を持っているもの。IRフィルター(赤外線カットフィルター)は、CCDの前に取り付けて赤外線をカットするためのフィルター。そうしないと、白熱電球などの熱を出す光源から赤外線まで拾って、赤いものがもっと真っ赤になるなど色がおかしくなってしまう。CCD搭載のカメラにはほとんど最初から組み込まれている」というのがまず前提。そして「日中はそのまま撮影するとして、問題は夜。暗い夜には少しでも多くの光源を拾って撮影したいので、IRフィルターを取り外して赤外線にも感度を持つようにするということじゃないかな」とのこと。ネコの行動時間によって日中、夜間どちらの撮影になるかわかりませんので、取り外したIRフィルターを状況に応じて再装着できるようにしてあるということですね。いろいろ改造してありますね。

BBC Horizon視聴記:ネコのひみつの暮らし

先日、Wired.jpがイエネコの行動追跡に関する英BBCのドキュメンタリーを報じて話題になっていました。BBCと英王立獣医大学、リンカーン大学、ブリストル大学らの研究者がイギリス・サリー州の村で、50匹ネコにGPS首輪をつけて行動を追跡。行動範囲や活動の時間帯、ネコ社会の様子などを観察したというものです。

番組はBBC2の自然科学ドキュメンタリーシリーズ Horizon で6月13日に放映された”The Secret Life of the Cat” です。残念ながらBBCのiPlayerはイギリス国内でないと視聴できないのですが、まあ人気番組ですので、タイトルでググるとだいたい観られます。非公式アップロードですのでリンクは貼りません。

番組で行われた調査によって”ホームレンジ”と呼ばれるネコの行動範囲がオスでも100m程度であること(最大で縦300m、横200mほどの大きな行動範囲を持つネコがいたそうですが)、行動範囲がほかのネコと重なる場合、行動時間帯が重ならないようにして衝突を避けているネコの社会性などが明らかになりました。ネコは、ほかのネコが行動の際に残して行ったマーキングから、いつごろライバルがそこで行動していたのか知り、同じ時間帯にそこを避けているらしいのですね。また、狩りで持ち帰ってきた獲物を集める調査も。ネズミや小鳥も捕っていますが、大きいところではモグラやウサギ。「片目だけ転がっていたの」という戦利品を持ちこんでくれた飼い主もいました。ただし、狩りはエサのためではどうもないようで、天気が悪かったり飼い主からエサをもらえば積極的に狩りはしませんし、よその家でごはんをもらっているネコもかなりいるようです。ネコドアから出入りして、フードボウルに首を突っ込んでいる映像が残っていたりして、「ナイトスナッキング」なんて呼ばれていました。

さて、GPS首輪による動物の行動追跡といえば呼ばれなくても私の出番です。どんな首輪をどのように使って研究したのか知りたいところです。こちらは安心して参照できますが、BBCニュースに掲載された今回の研究のためのGPS首輪開発サイドストーリーです。開発に当たったのは、イギリス王立獣医大学の”ストラクチャー&モーションラボ”。アラン・ウィルソン教授はこの分野では第一人者の方のようですね。

同研究所とウィルソン教授は先行して大型のネコ科の動物、チーターやライオン向けの同種の首輪型センサー”RVC Wildlife Collars”を開発しているとのこと。搭載されているのはGPS、加速度センサーとジャイロスコープ、CPUの組み合わせです。カロリズムにGPSを付けたという感じで、MEMSの進歩の賜物ですね。基本的にはネコ用も同じものですが、難題はイエネコ向けには小型軽量化を図らなくてはならないということです。小さい分、バッテリーが持たないというのですね。ただ、イエネコの場合、飼われている家に帰ってきたら充電できますので、野生動物用のように太陽電池は必要ないようです。

GPSアンテナが測位を始めるとそれなりの電力を消費し、常時測位していれば電力消費はあっという間です。そこで、加速度計がネコの動きを感知するとGPSが測位を開始するようにして電力消費を抑えたというのが今回の開発の勘所ですね。「おかげで私たちは、面白くもないネコの睡眠中のデータばかり集めるはめに陥らなくて済みました」だそうです。イエネコ用GPS首輪の動作時間は約24時間です。

合わせて、番組ではイエネコ用HDカメラも開発しています。当初GoProを使おうと考えていたということですが(夫によると最近、ディスカバリーチャンネルなどの自然科学ドキュメンタリーでGoProを見ない日はないくらいの使用率だそうですが)、73gは目標重量の2倍のということで断念。市販のペットカムは解像度が低すぎ、ということで”HD808″というキーリングに取り付けられるカメラを利用し、120度の広角レンズをつけて改造したものを番組では使用しています。こちらも加速度センサーをトリガーにして録画を開始し、バッテリー消費を抑えている点は同じです。それでも元のままではバッテリーが持たないそうで、4つのLEDを1つにするとかあっちを削り、こっちを削りしてして作ったカスタム使用。8-10時間の映像を記録できるようになっています。日中と夜間撮影ではビットレートを調整するとか、IRフィルターを取り外せるようにして昼夜使い分けるとか、細かいカスタマイズをしていますねえ。

人工衛星やエレクトロニクスを使った動物の行動調査そのものはハイテクを駆使しているのですが、機器開発の話を聞くとこういう泥臭い実装の話がたくさんでてきて、これが私には本当に面白いのです。日本で行われている、NOAA衛星とアルゴスシステムを使った渡り鳥の飛来経路調査などもそうですが、位置情報の送信機は動物の体重の何%以下とか、地味で羽根に溶け込む色合いにしないと他の猛禽に狙われてしまうとか。

ネコの場合、木の枝の間や生け垣の下、自動車の下などGPSの電波が届きにくい、マルチパスも多いところにもぐり込むことが多そうなので、そのあたりをどうやって補正して位置情報を取得しているのか気になるところです。加速度センサーやジャイロがついているというあたり補正する方法はあると思いますが、本当に位置からカスタム開発になるのでしょうね。

番組では、「ネコの福祉が最優先です」という言葉が出てきます。研究者の方にうかがったところでは、研究で動物に機器を取り付けて負担にならないようにするといった基準では世界一厳しいのがイギリスだそう。基準を満たしていないと論文を審査すらしてもらえないとのことです。ネコ用GPS首輪の場合、引っかかったらすぐに取れて落ちる仕様だということが繰り返し強調されています。

ところで、6月13日付の日経新聞記事チーター、1歩で速度変え方向転換 加速パワーはボルトの4倍に「英王立獣医大などのチームが…」「アフリカ南部ボツワナに生息する野生のチーター5頭に、GPSや加速度計を組み込んだ首輪を付け…」なんて文言が出てきます。あら同じ研究者かしらと思ったらまさしく。BBCのイエネコ番組では、公民館でGPS首輪装着ボランティアを募る際に、アラン・ウィルソン教授が「これはチーター用」と大きなサイズの首輪を見せています。ボツワナのチーターに取り付けられたものですね。掲載誌はネイチャー。ネイチャーニュースに紹介記事がありますが、こちらも面白いのです。

都会のコヨーテ研究から:Urban Coyote Ecology and Management -Cook County, Illinois, Coyote Project

 

イリノイ州コヨーテ調査プロジェクトで捕獲され、識別子と行動追跡用首輪つけられたコヨーテの仔たち

暴力的に可愛いw

しかしこの子たちに付けられたRadio collarの詳細が知りたい。GPSログを取る機能を持っているらしいんだけれども、長期の電源とかどうなるのか(確か測位をしない、GPS信号のスナップショットだけ録りためる野鳥観察用のGPSロガーとかあったはず)。最終的なログ取り出しは、再捕獲して行うのか。

動物の行動観察技術って調べたら面白そうね。

Urban Coyote Ecology and Management -Cook County, Illinois, Coyote Project.

シカゴ都市圏のコヨーテに関する研究がすごい

Photo courtesy of Stan Gehrt

東京のタヌキとか、日比谷公園のスズメとか、都会の中の野生動物に関する話題が好き。シカゴ都市圏のコヨーテについて数年来研究を続けているという、オハイオ州立大学のStanley D. Gehrt 准教授のファンでありまふ。論文が次々と発表されているようなので、現時点のまとめをつくってみました。

北米都市圏で繁殖するコヨーテ
まずはざっくりとした紹介。オハイオ州立大学のGehrt准教授はシカゴ周辺のコヨーテの生息数を観察するところから6年にわたって研究を行ったという紹介。そんな数いないだろうと思っていたら、「コヨーテのいないところなんてなかった」というくらいあちこちにいて驚いたと。
・都市圏のコヨーテは、もっと田舎に住んでいる仲間よりも夜間に活発に行動している
・公園とか、工業団地のビルとアパートの間とか住んでいるコヨーテまで
・人間とトラブルになることはあまりない。コヨーテは人間に見られることを好まない
・普通はげっ歯類とか食べている。増えすぎたCanada geeseの生息数調整にも貢献(卵を巣から持ち出して、埋めて取っておいたりするらしい)

都市風景の中のコヨーテの生態
2007年発表。
生息数やコヨーテのホームレンジなどについて。

都会のコヨーテはリアルが充実:100%一夫一妻制を維持
最近の発表。236頭のコヨーテにGPS首輪をつけて、行動調査と、組織の一部から遺伝サンプル調査を行ったら、都会のコヨーテは一夫一妻制を堅持していてとにかく浮気知らずだったという。
種としては一夫一妻制でいわゆる”おしどり夫婦”でも、実際には多少のパートナー替えは見つかるのが常らしいが、とにかくコヨーテ夫婦はびっくりするほどお互いに忠実なんだとか。都会のえさの豊富な環境では、メスは一度に複数の子を産める。オスはメスに寄り添って子育てに協力することで、自分の子孫を残す機会を増やせるという。コヨーテは賢くて、オスは「子が自分の子孫であることを知っている」と言われるのだそうな。
オスが病気や事故死して夫婦別れとなったケースが3例あるそうなのだが、2例では残されたメスのコヨーテは、しばらくして夫婦のテリトリーから姿を消したんだとか。3例め、オスが交通事故で死んだケースでは、メスは平和裏に再婚したそう。
ワイリーコヨーテがロードランナーばっかり追いかけまわしている間に、シカゴの都会に出てきたコヨーテはラブラブ夫婦関係を築いていたわけですよ。「あなた」「俺の子かぁ」とかってリア充。いやリア獣。

 

イリノイ州クックカウンティ コヨーテプロジェクト
都会のコヨーテの生態とマネジメント
オハイオ州立大学School of Environment & Natural Resources も協力している都会のコヨーテ保護プログラムらしい。都市環境で人間とコヨーテの共存を目指すよう。

まだまだ資料も読み込み中。続報続けたいです。

それから、Gehrt准教授はきっとコヨーテラヴ。一頭一頭、必ず「僕とコヨーテ」を撮るんだって。絶対愛あるよね。