2バイオロギング -...

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２ バイオロギング

生物圏情報学講座・荒井修亮

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生物圏（生態系） 人間活動

共生・共存

人間活動

共生・共存

生物圏と人間との共生・共存技術の進歩は生物圏（生態系）と人間との共生・共存を危うくする可能性を孕んでいる

より多次元・多項目の生物圏情報の取得と理解

従来手法では困難な情報取得

従来手法では解析困難な情報量

見えない・聞こえな

い・耐えられない

生物圏（生態系）

環境

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目視による観察

基本であるが、限界がある

特に海洋など人間が近づけない環境

様々な手法で観察が行われてきた

航空機による広域調査

深海調査船、ROVによる深海生物探査

標識放流による資源量推定

人間活動

共生・共存

見えない・聞こえな

い・耐えられない

生物圏（生態系）

環境

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様々な標識

a アンカータグb ダートタグc リボンタグd アトキンスタグe スパゲッティタグ

標識を装着した海洋生物を多数放流し、その再捕の結果から、海洋生物の生息域の

推定や生残率や生息尾数を推定する（伝統的な水産資源学の手法）

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標識のインテリジェント化バイオロギング（Bio‐logging）は動物に装着する標識をインテリジェント化した計測技術

バイオロギング小型の記録計（マイクロデータロガー）電波発信機や超音波発信機によるバイオテレメトリ両者を含め、動物によるデータ取得を生態解明並びに環境計測に応用する新しい学問分野としてバイオロギングを定義Bio‐loggingは和製英語→専門用語として定着

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2.2.2

マイクロデータロガーを用いた行動情報取得

1980年代アナログ式で全長10cmを下回る小型化

アナログ式による記録計がペンギン類、アザラシ類、ウミガメ類など、回収が容易な水圏動物で使用

1990年代にデジタル化

記録容量の増大とセンサーの多様化

加速度や地磁気など、高速サンプリングレートでのデータ取得可能

近年、画像や音響情報を取得するロガーも実現

メモリーならびに電池のさらなる大容量化が課題

Pop‐up方式による回収

バイオテレメトリとの組合せで効果的な回収の実現

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マイクロデータロガーの変遷アナログからデジタルへメモリーの大容量化とセンサーの多様化

センサー 取得できる生物・環境情報

圧力 深度

温度 環境温度・体温

加速度 動作・姿勢

プロペラ 対流速度

光量 環境照度・位置情報（大規模）

磁気 地磁気・方位

電位 心拍・筋電・脳波

イメージ 静止画・動画

GPS 位置情報

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ロガーの回収方法

(左) マイクロデータロガーとタイマー式ロガー回収装置を装着したメコンオオナマズ．

（右）タイマー式ロガー回収装置を用いたマイクロデータロガー回収手順

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2.2.2

発信機を用いた行動情報取得

（バイオテレメトリ）水中ではGPSが使用できない

データロガーによる位置測定は困難

発信機を用いた行動情報、特に位置測定

電波を用いたバイオテレメトリ陸域・・・渡り鳥の移動、家畜・野生動物の移動など

超音波を用いたバイオテレメトリ水圏生物の移動追跡

人工衛星を用いたバイオテレメトリ地球規模の移動追跡

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電波バイオテレメトリ

電波テレメトリーの概念図

一般には2点以上の地点から観測を

行い発信源（対象生物）の定位を行う

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超音波バイオテレメトリ

超音波テレメトリーの概念図

追跡型受信機は船などに搭載され，超音波信号を頼り

にリアルタイムで対象生物の追跡を行う。一方、設置型受信機は、受信範囲に入った

対象生物のIDと時刻を記録する

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人工衛星によるバイオテレメトリ

アルゴスシステムによる測位の原理

地上局(PTT)からの信号は衛星で受信さ

れるが、その際、ドップラー効果によって受信される周波数が変化する(右)。周 波数の変化から衛星とPTTとの相対距離が分かるので、その距離と地上との交

点（

2点）が求まる(右)。放流地点等から2点の内、どちらかが妥当かを判断する。

(https://www.argos‐system.org/)（2009年1月9日現在)

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マイクロデータロガー

測定項目： 活動、生理、環境、位置情報（水中以外）

長所

時間・場所を問わず、詳細なデータが取得可能

回収方法さえ確立できれば労力は少ない

短所

マイクロデータロガーが高価である

ロガーが回収できないと全くデータは得られない

2.2.3 バイオロギング各手法の特徴

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電波・超音波（追跡型）

測定項目： 位置、環境、生理、活動

長所

発信機は比較的安い

リアルタイムに情報を取得できる

短所

信号を受信しないとデータは得られない

追跡に多大な労力・費用がかかる

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電波・超音波（設置型）

測定項目： 位置、環境、生理、活動

長所

労力があまりかからない

同時に多個体の追跡が可能

短所

受信範囲が基地局（受信機）の数に依存する

受信範囲に対象生物がいないとデータが得られない

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人工衛星

測定項目： 位置、環境、生理、活動

長所

衛星と通信さえできれば地球上のどこでもデータが得られる

労力はほとんどかからない

短所

発信機と衛星使用料が非常に高価

位置情報の精度が悪い

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2.2.4 測器の装着方法

発信機、データロガーの装着

おおむね体重の3~5%以内に収めるべき（なるべく小さく軽

く）

装着後の対象動物の観察

測器の脱落の確認

測器の作動の確認

魚類への装着

外部、胃内、腹腔内装着

出展：

E. J. Mellas and J. M. Haynes, Swimming performance and behavior of rainbow traout (Salmo gairdneri) and white perch (Morone americana): effects of attaching telemetry transmitters, Can. J. Fish. Aquat. Sci., 42, 488-493, 1985.

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マイクロデータロガーから得られる時系列データ

時系列解析

日周リズムなどの活動の様子

鳥の羽ばたき、魚の鰭の振動数など運動の特性

行動圏の解析

位置情報から統計的に処理することで行動圏を推定最外郭法、カーネル法、調和平均法、グリッドセル法、楕円法など

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アデリーペンギンの羽ばたき周波数

加速度データロガーを装着したアデリーペンギン潜水時（A)は浮力に抗するためにフリッパーを激しく羽ば

たかせるが、浮上時（B)は羽ばたかない 出展：

N.Arai et al., Analysis of diving behavior of Adelie penguins using acceleration data loggger, Polar Biosci., 13, 95-100, 2000.

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GPSアルゴスで推定した行動圏•GPSアルゴス送信機によるタイマイの追跡

実験

•マンナイ島(写真左上)はタイ国海洋沿

岸資源局のウミガメ保護研究施設であり、

海を区切った飼育池ある。

•GPSアルゴス送信機を装着したタイマイ

を飼育池に放流。

•（C）がアルゴスシステムによる測位結果

から固定カーネル法で計算した行動圏。

(D)がGPSによる測位結果から計算した

行動圏。アルゴスシステム単体では、タイ

マイの行動圏は飼育池を超えて、島の

周辺地域に広がっているが、GPSアルゴ

ス送信機の結果では、行動圏はほぼ飼

育池内に収まっていることがわかる。出展：

T. Yasuda, N. Arai, Fine-scale tracking of marine turtles using GPS-Argos PTTs. Zool. Sci. 22:547-553 (2005) .

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2.4.1

マイクロデータロガーを用いたアオウミガメ の行動解析

2.4.2

超音波バイオテレメトリを用いたメバルの 回遊行動調査

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2.4.1

マイクロデータロガーを用いた

アオウミガメの行動解析

タイ国アンダマン海、シミラン諸島フーヨン島へ産卵上陸したアオウミガメ乾季と雨季による潜水行動の違いを測定するために深度データロガーを装

着、水深を1秒間隔で測定した

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得られた水深の時系列データ

個体1は0～40m、個体3は0~90mの水深帯で

休息。平均772回の潜水を行い、平均潜水時

間は16.7～22.6分

乾季から雨季に移行するにつれて，

潜水深度が深くなる。シミラン諸島周

辺海域は、雨季は海況がしばしば悪

化する。このためより深い場所で休息

することが示唆される

出展：

安田十也 (2006) アオウミガメの回遊・潜水行動，

『テレメトリー

―水生動物の行動と漁具の運動解析』(山本勝太郎，山根猛，光永靖

編)，水産学シリーズ(152)，日本水産学会監修，恒星社厚生閣，76-85

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2.4.2

超音波バイオテレメトリを用いたメバルの 回遊行動調査

関西国際空港は、環境の保全に配慮した本格的な海上空港として

1994年に開港。周辺海域は大阪府漁業調整規則によって、水産

生物の採捕が一切禁止。高級魚であるメバルやカサゴ、そしてスズ

キなどが多数生息。本研究ではメバルの回帰行動を調査

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麻酔をかけたメバルに超音波コード化発信機

を装着する様子（腹腔への体内装着）

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追跡型受信機を使った追跡の様子4個のハイドロフォーン（左上）を舷側から水中

に設置し（左中）、供試魚に装着した超音波

コード化発信機からの信号を捉え、船内に設

置した受信機で信号処理。供試魚の方向と信

号の強さがPC上に表示（右）、同時にGPSで 位置を計測する（左下）

設置型受信機とインターフェース

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メバルの放流追跡実験を行った

海域

A、B、Ｃ地点で採捕したメバルに

超音波発信機を装着し、放流地

点R1とR2で放流して追跡

回帰率地点Aで100%（3個体中3個体）地点Bで60%（10個体中6個体）地点Cで67%（12個体中8個体）

出展：

三田村啓理 (2006) メバルの回帰・固執行動，

『テレメトリー―水生動物の行動と漁具の

運動解析』(山本勝太郎，山根猛，光永靖編)，水産学シリーズ(152)，日本水産学会監修，恒星

社厚生閣，9-21

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2009年日本バイオロギング研究会カレンダーより