海洋研究者が海底音の世界規模のライブラリを作成したい理由

海は騒々しい場所ですが、科学者たちはその騒ぎの原因が必ずしもわかっていません。そのため、科学者のグループが協力して、GLUBS (Global Library of Underwater Biological Sound) を作成しました。このプロジェクトは、国際静穏海洋実験 (International Quiet Ocean Experiment) 中に生まれました。この実験は、海中で何が起こっているかを聞くために、非軍事用水中聴音機の世界規模のネットワークの使用を調整することを目的としたプロジェクトです。GLUBS はまだ完全に実現されていませんが、研究者のチームがその構築のための基盤を確立するために取り組んでいます。

水中聴音機を水中に放置する受動的な音響モニタリングにより、研究者は聞いた音の複雑な構成を通じて海洋生物について学ぶことができます。

「雨が降る音、波が砕ける音、海底火山や地震の音、海底で網を引く船やトロール船の音などが聞こえます。そしてもちろん、動物たちの声も聞こえます」と、ロックフェラー大学の環境研究者でIQOEのディレクターでもあるジェシー・オーズベル氏は言う。「音は水中で非常に強力です。光は伝わりにくいですが、音はよく伝わります。ですから、音は多くの海洋生物の生活様式にとって非常に重要な部分なのです。」

2020年春、新型コロナウイルス感染症の影響で、世界中で船舶の運航が減少。海底の石油やガスを探す掘削活動や地震探査も減少。研究者にとっては、サンゴ礁や昆布の森の音を聞くだけで、海洋生物の多様性、分布、豊かさを知る貴重な機会となった。

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IQOE の一員として、ウッズホール海洋研究所の科学者アラン・ムーニーは、生物多様性ホットスポットに関連する音響研究を調査する作業グループを率いた。しかし、このグループの研究者たちはすぐに、受動音響を有用なツールにするには参照ライブラリが必要であることに気づいた。「指紋でも網膜でも音声認識でも写真でも、常に何かを他の何かと比較する必要があるのです」とオーズベルは言う。

ムーニー氏は、オーストラリア海洋科学研究所の生物音響学者マイルズ・パーソン氏とともに、世界中の12人以上の研究者に呼びかけ、今年2月に世界規模の音のライブラリを作るための呼びかけをまとめた。彼らはこれをGLUBSと名付けた。「これはノアの箱舟のような出来事です」とオーズベル氏は言う。「セイウチの研究者はセイウチの音を集めていたかもしれませんし、イルカの研究者はイルカの音を集めていたかもしれません。ですから、あちこちに音響に関する本はいくつかあるのですが、ライブラリを作った人はいません。」

ウッズホール海洋研究所の研究員であるラエラ・セイグ氏は、グループが既存の海洋データベースの収集を開始したときに、このグループに加わりました。セイグ氏は、マサチューセッツ州のニューベッドフォード捕鯨博物館と協力して、ワトキンス海洋哺乳類音声データベースを管理しています。

「GLUBS は、生物学研究における受動音響モニタリングの拡大から生まれた大規模なチームワークです」と彼女は言う。「このような提案は初めてではありません。しかし、より地球規模で提案されたのは今回が初めてです。」

GLUBS が完成すれば、その科学的な利用の可能性は計り知れません。種を超えた音のデータベースがあれば、研究者は行動を詳細に研究し、それが時間とともにどのように変化するかを追跡することができます。研究者は、移動ルート、生息地の利用、人間の活動や気候変動に対する生物学的反応を調べることができます。たとえば、受動的な音響録音は、藻類の大量発生の影響を監視する方法としてすでに使用されています。

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広範囲に及ぶサウンドライブラリは、資源管理者が特定のエリアが魚やその他の海洋生物にとって特別な場所かどうかを判断するのにも役立ちます。「多くの魚や海洋哺乳類は産卵時に音を発します。多くの動物は餌を求めて鳴きます」とセイヒ氏は指摘します。「これらの音は餌探しに重要なエリアを特定するのに役立ち、こうしたデータを使用して特定のエリアを保護することも考えられます。」

重要なのは、参照ライブラリがあれば、科学者はコミュニケーション信号そのものを研究し、動物がさまざまな信号をどのように使用しているかを理解できるようになることです。

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チームは、既知の音の参照ライブラリと、研究者が未知の音を投稿できる場所を含む、Web ベースのオープン アクセス プラットフォームを提案しています。謎の音を特定できる専門家は、その提案に加わることができます。ライブラリには、世界中の既存のサウンド データベースが統合されるのが理想的です。また、研究者が個々の動物やサウンドスケープの注釈付きおよび注釈なしのオーディオ録音を閲覧できるポータルも用意されます。

さらに、このプラットフォームは、人工知能ベースのアルゴリズムのトレーニング データを提供することができ、そのアルゴリズムを使用して、新しくアップロードされたオーディオ クリップを分析して注釈を付け、その録音に含まれる可能性のある魚や無脊椎動物の種を提案することができます。チームは、誰でもサウンド データをライブラリにアップロードできる、付随する市民科学アプリケーションの開発を検討しています。

このライブラリが、海洋動物の目撃場所を示す大規模な地理データベースである OBIS-SEAMAP などの既存の非音プラットフォームの要素を統合する方法については議論がありました。そうすれば、種の分布マップに音の新しい次元を追加できます。「これらの動物の多くは、私たちには見えません」と Sayigh 氏は言います。「音を録音できなければ、ほとんどの場合、彼らがそこにいることにまったく気づきません。」

過去数十年の間に、海の音を収集するために必要なソフトウェアとハ​​ードウェアの両方の技術が成熟し、このようなことが可能になりました。より安価なデバイスで、長期間の録音を取得し、保存することができます。ハイドロフォンや防水録音システムのコストは大幅に下がりました。たとえば、Hydromoth は約 79 ドル、GoPro は約 349 ドルです。

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セイグ氏がキャリアの初期に音響データに取り組み始めた頃は、カセットテープに録音し、それをデジタル化する必要がありました。「今ではそれがずっと可能になりました。Raven、PAMGuard、Kaleidoscope など、非常にユーザーフレンドリーで、検出および分類アルゴリズムも組み込まれた市販のソフトウェア プログラムもあります」と彼女は言います。「すべてのケースで超正確というわけではありませんが、まだ始まりに過ぎません。」

現在、GLUBS チームは、現在存在するすべての既存の海洋音響データベース (現在のデータと過去のデータの両方を含む) について、可能な限り多くの情報を収集する作業を行っています。これにより、GLUBS チームは、何がうまく機能し、何がうまく機能しないかを評価できるだけでなく、将来のコラボレーションのために、個々のデータベースを管理するすべての人々と連絡を取ることもできます。

プラットフォームの構築とそれを支える資金の確保に向けた次のステップについては、7 月に予定されているワークショップで議論される予定です。GLUBS チームは、このワークショップを利用して、鳥の鳴き声に関する同様のプラットフォームを構築したコーネル大学の科学者を含む、追加のパートナーや潜在的な協力者を招き入れる予定です。