2018年10月12日

日本鳥学会ポスター賞を受賞して

2018年10月2日
北海道大学理学院 青木 大輔

 この度2018年度大会でポスター賞を頂くことができ、大変うれしく思います。
 私の学会ポスター発表デビューは3年前、ポスター賞が設立された年でした。ポスター賞受賞者の方々を見て、自分もいつか賞を頂けるような研究ができれば、と夢見てきました。そんなポスター賞を受賞できたことを光栄に思います。私の研究はいつも周りの人から「難しい」と言われるので、今回、少しは面白く分かりやすく伝えることができたのかなと思っています。ポスター賞に恥じない様、今後も研究に精進できればと思います。
 本研究は共同研究者の方々無しにはできませんでした。ありがとうございました。また、ポスター賞に選考してくださった委員の皆様、お礼申し上げます。
 ポスター賞の記念品としてmont-bellマウンテンパーカーをいただきました、ありがとうございます。授賞式では青を着ましたが、実際にいただいたのは私の調査のお供であるハスラーと同色のオレンジにしました。来年の調査も捗りそうです。

ポスターの概略
 鳥類はみな集団で生きています。個体は繁殖し、元気な雛を巣立たせることで、集団が維持されます。しかし、海洋島など本来その鳥がいない土地に偶然住むことになった時はどうでしょうか?最初は個体数が少ないと考えられるので、数世代後には集団構成員が皆家族同士になってしまう可能性があります。こうした集団は病気(近交弱勢)が蔓延して絶滅するのではないか?このような集団維持の阻害要因は、理論や外来種の研究から予測されてきました。しかし、生物は自然環境の中で必然的にその土地にいるので、自然集団を用いた研究が必要です。

 私たちに身近なモズは幸運にも、過去数十年に次々と島嶼に集団を形成しました。そのうち小笠原諸島の父島では集団維持に失敗し絶滅しましたが、南大東島では現在も集団が維持されています。遺伝情報は集団構成員の情報を教えてくれるため、この2つの自然集団の遺伝的な比較から、集団維持の阻害要因を探索できると私は考えました。

 結果、絶滅した集団は遺伝構造の劇的変化(ボトルネック)を経験し非常に低い遺伝的多様性をもっていました。一方、維持できた集団は他集団からの移入個体との交雑により多様性が高く保たれていました。また、絶滅集団の個体のみに強い近交弱勢の症状が認められました。遺伝的多様性の違いが近交弱勢の程度に差を生んだことが推察されたのです。

 この結果から低い遺伝的多様性に由来する近交弱勢が、集団維持を阻害する一要因となることを鳥類の自然集団で明らかにできました。これは遺伝的多様性の低下がありながらも近交弱勢を回避するメカニズムが新規集団形成にまつわる進化生態学で重要なことも示唆します。今後はこの多様性の低下と近交弱勢の関係をより直接的に理解できるような研究に発展させたいと思っています。

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小樽市で捕獲されたモズ

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2018年10月09日

日本鳥学会ポスター賞を受賞した感想

慶應義塾大学 清水拓海

 栄誉ある日本鳥学会のポスター賞を頂きまして,誠にありがとうございます.私はこれまで主にアカハライモリの研究をしていたため,今年初めて鳥学会に参加しました.猛禽専門の友人にイモリの研究内容を応用しないかと勧められ,トラフズクのペリット解析に共同で取り掛かったのが始まりです.解析から興味深い結果を得ることができたので,ポスター発表を決めました.受賞を知った時には大変驚きましたが,同時にとても嬉しく感じたのを覚えています.私を鳥の研究の世界に引き込んでくれた友人や,ペリット採取を手伝ってくれた研究室の後輩達,そして意見をくださった先生方のお陰で,ポスター賞を受賞することができました.本当に感謝しています.
 今回参加したことで多くの方と議論することができ,今後の鳥の研究について明確な計画性を持たせることができました.記念品としていただいたmont-bellのジャケットを着て,フィールドワークに出るのが楽しみです.来年度以降も鳥学会で発表できるよう,研究をより一層頑張りたいと思います.
 最後に日本鳥学会2018の運営に携わった方々にこの場を借りて御礼申し上げます.とても有意義で楽しく,多くを学ぶことができた学会でした.

ポスターの概略
 食性は対象となる種の生態的特性を把握するために必須の情報であり,捕食-被食の相互作用の解明は生態学の基礎情報としても有用であると言えます.トラフズクなどの猛禽類は消化しきれない骨などをペリットとして吐き出すことが知られており,これまでにも多くの先行研究があるものの,餌動物の同定には技術と時間が必要でした.また損傷が激しいものや,消化作用によって目視では検出しにくい餌動物もペリットには多く含まれている可能性があります.そこで,近年急速に発展しているDNAメタバーコーディング技術を用いて,ペリットに含まれるDNAから餌動物を網羅的に検出する研究に取り組みました.サンプルには神奈川県で越冬しているトラフズクのペリットを使用しました.
 その結果,実際に捕食していると考えられる餌動物(哺乳綱2種:ハツカネズミ,アブラコウモリ,鳥綱5種:カワセミ,ツグミ,スズメ,ホオジロ,ヒヨドリ)を種レベルで同定することができました.骨や羽から餌動物を同定する技術がなくても,DNAメタバーコーディング技術によって,ペリットから小型哺乳綱,小型鳥綱を網羅的に検出し,種の特定も可能であることが判明しました.
 今後はコンタミネーションなどの課題解決に取り組みます.また,季節や周辺環境によってどのように食性が変化するのかについても,解明していきたいと考えています.

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解析に用いたペリットを吐き出してくれたトラフズク


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2018年10月04日

第3回日本鳥学会ポスター賞 清水さんと青木さんが受賞しました

日本鳥学会企画委員会
佐藤望

 若手の独創的な研究を推奨する目的で設立された日本鳥学会ポスター賞。今年は清水拓海さん(生態・行動分野)と青木大輔さん(保全・形態・遺伝・生理・その他分野)が受賞しました。おめでとうございます。
 ポスター賞は今回が3回目となりますが、毎年40名ほどの応募があり、今年も40名(生態・行動が23名、その他が17名)の方がチャレンジしてくれました。今年も完成度の高いポスターが多く、審査員で議論に議論を重ねて賞を決定しました。また、今年からは次点や2次審査に通過した方も総会で公表する形を取りました。あと一歩だった方や今回、2次審査に通らなかった方も、是非、来年も挑戦してください。ポスター賞は30歳を超えるまで何度でも応募できます。
 最後になりますが、ポスター賞の審査をご快諾して頂いた6名の方、記念品をご提供頂いた株式会社モンベル、大会実行委員にこの場をお借りして御礼申し上げます。

2018年日本鳥学会ポスター賞
《生態・行動》分野

トラフズクのペリットに対するメタバーコーディング技術の応用
 清水拓海(慶應義塾大学)・夏川遼生(横浜国立大)・湯浅拓輝(慶應義塾大学)・一ノ瀬友博(慶應義塾大学)・黒田裕樹(慶應義塾大学)

《保全・形態・遺伝・生理・その他》分野
絶滅した自然集団のDNAから生物が新しい集団形成を可能にする条件を探る
 青木大輔(北大院・理)・松井晋(東海大・生物)・永田純子(森林総研)・千田万里子(山階鳥研)・野間野史明(総研大・先導科学)・木昌興(北大院・理)

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左から,清水さん,尾崎学会長,青木さん


次点
《生態・行動》分野
巣内カメラを用いた内陸ミサゴの餌内容解析 ―外来魚利用の実態―
 榊原貴之(岩手大・院)・野口将之(魚鷹研究チーム)・吉井千晶((株)建設技術研究所)・東淳樹(岩手大・農)

《保全・形態・遺伝・生理・その他》分野
風車への衝突リスク低減を目指したオオヒシクイの三次元的センシティビティマップの提案
 佐藤一海・向井喜果・鎌田泰斗(新潟大・院・自然科学)・森口紗千子(日獣大・獣医)・関島恒夫(新潟大・農)

一次審査通過者
《生態・行動》分野
ハリオアマツバメ(Hirundapus caudacutus)の巣内雛への給餌物
 千葉舞(酪農学園大・環境動物),米川 洋・和賀大地(エデュエンス・フィールド・プロダクション),森さやか(酪農学園大・環境動物),山口典之(長崎大・院・水環),樋口広芳(慶應大・自然科学研教セ)
モズのオスのさえずりは、父親としての給餌能力の高さを示す正直な指標である
 西田有佑(バードリサーチ)・高木昌興(北海道大)
春日山原始林における被食散布型樹種と鳥類の種子散布ネットワーク
 岡本 真帆・大矢 樹・田原 大督・伊東 明・名波 哲 (大阪市立大学・院理) 

《保全・形態・遺伝・生理・その他》分野
形態的に異なる2タイプのチュウジシギGallinago megalaの遺伝的関係
 小田谷嘉弥(我孫子市鳥の博物館)・山崎剛史・齋藤武馬(山階鳥類研究所)
リンゴ果樹園におけるアカモズの分布と栽培・管理方法との関係
 松宮裕秋(信州大)・原星一(元信州大)・堀田昌伸(長野県環境保全研)・泉山茂之(信州大)

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2018年09月25日

鳥の学校(2018年):第10回テーマ別講習会「鳥類研究のためのバイオロギング野外実習」の報告

川上和人(企画委員会)

 今回の鳥の学校は、鳥学会2018年度大会と連結して、9月17日〜19日に新潟県の粟島にて実施された。講習会のテーマであるバイオロギングは、動物にGPSや加速度計、照度計、ビデオカメラなどのデータロガーを装着することにより、観察のみでは得られない情報を得る夢のような技術である。安楽椅子研究者を目標とする私は、この技術の習得という私利私欲を満たすため、講習会の企画を進めたのである。
 この講習会では、バイオロギングを用いて精力的に研究を進める統計数理研究所の山本誉士さんと名古屋大学の松本祥子さんを講師としてお迎えした。実習を行った粟島は、約4万つがいが利用するオオミズナギドリ繁殖地を擁し、名古屋大学や長岡技術科学大学が研究を進めているフィールドだ。講習会ではまさに現場で調査中の5名の名大生にサポートをいただいた。学会大会会場から電車と船に揺られての遠足企画というハードルにも関わらず、定員12名を超える参加申し込みがあり、バイオロギング研究への期待感がうかがわれた。参加者は5名の学生を含む10代から60代までの幅広い年齢層から集まった。

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図1. オオミズナギドリ繁殖地の環境。

 初日の集合時には雨がそぼ降る悪条件であったが、いつしか雨も上がりいよいよ講習が開始された。まずは山本さんによりバイオロギングを用いたオオミズナギドリ研究の概要についてのレクチャーを受ける。最近の技術発展により、様々な知見が得られていることが披露される。次に、松本さんによりデータロガーの解説が行われる。ロガーは小型高性能化されているが、精密機器ゆえに取り扱いには細心の注意が必要だ。海鳥に装着するということは、水中に叩き込まれることを意味する。万が一浸水すれば高価なロガーは壊れ、何よりも貴重なデータが失われる。ロガーの防水性を担保するため、時にはグリスとブチルテープで保護し、時にはサランラップと熱圧縮チューブで被覆する。実践により蓄積された実用的技術が、この分野の発展を支えているのだ。
 そしていよいよ夜間調査が始まる。夜間に繁殖地に飛来するオオミズナギドリが、講師により捕獲される。エキスパートの手ほどきを受けながら、全参加者がオオミズナギドリの背にロガーを装着する体験をさせていただいた。もちろん参加者には初めての体験であり、講師らのようにうまくはいかない。「俺はまだ本気出してないだけ」と臍をかみつつ、手際よく捕獲・装着する講師らに感心するばかりであった。

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図2. 講師によるロガー装着。

 24時まで続く実習明けに寝不足を漲らせた二日目、バイオロギング研究の発展についてのレクチャーを受ける。興味は疲れを上回り、参加者は脱落することなく講義を吸収する。講義の次は、繁殖地にて雛の計測実習を行う。ロガーから得られたデータのみでは、研究の面白さは半減する。繁殖地での雛の成長や親鳥のコンディションなどと組み合わせることで、情報の価値は高まるのだ。グニャグニャと動く雛の計測は初心者には難しいが、講師の粘り強い指導により全員がこれをマスターすることができた。

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図3. 繁殖地での雛の計測実習。

 二日目の夜間には再び繁殖地に向かう。足を滑らさぬよう、繁殖個体を撹乱しないよう、慎重に歩を進めて夜の繁殖地を経験する。講師は以前にロガーをつけた個体を再捕獲し、丁寧に機器を取り外す。これでようやくデータが得られるのだ。回収したロガーからデータを抽出し、結果がパソコン上で披露される。そこには、観察からは得られない海上の軌跡が美しく描かれていた。
 最終日には、サポート役を務めてくれた院生たちの研究成果が紹介される。バイオロギングにより得られる情報の利用方法は無限だ。知られざる移動軌跡、巣立ち後の死亡状況、年齢による行動変化、ビデオが捉える未知の採食生態。ロガーをつければデータは得られる。しかし、大切なのはそこからどのような情報を引き出すかという点だ。それぞれに工夫された視点で行動を解釈し、海鳥という特殊な生物の行動に新たな理解が加わる。
 さて、活字にすると簡単なように見えるが、バイオロギングでデータを得るのは大変なことである。暗い夜中に急斜面の繁殖地に通い、鳥を探して捕獲する。ロガーの電池はせいぜい数週間しかもたないため、1度つければ終わりというわけではない。多数の個体の行動を把握するため、夜の繁殖地に日参し、泥まみれになりながら捕獲、装着、計測を繰り返す。結果だけを見るとデータ解析が主要な仕事のようにも見えるが、そのデータを得るために調査者は何ヶ月も島に留まり、汗を額にフィールドワークをこなす。私たちが学んだのは、一方でバイオロギング研究の技術であり、一方で研究を支える地道な研鑽の必要性だった。安楽椅子研究などと口にしていた自分に恥ずかしさを覚えながら、講習は無事に終了した。
 参加者にとって、今回の講習は忘れがたいものになっただろう。綿密な計画と臨機応変な対処で講習を進めてくれた講師の山本さんと松本さん、そして名大の皆さん。現地での移動から名物わっぱ煮まで、あらゆる面で便宜を図っていただいた民宿松太屋さん。暖かい笑顔で出迎えてくれた粟島の方々。今回の講習を支えてくれた全ての方のホスピタリティに、心からお礼を申し上げたい。

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図4. 焼き石で煮立てた名物わっぱ煮。

*バイオロギングに興味のある方へ
日本バイオロギング研究会編「バイオロギング−最新科学で解明する動物生態学」(京都通信社)
http://www.kyoto-info.com/kyoto/books/wakuscience/biologging.html
日本バイオロギング研究会編「バイオロギング2−動物たちの知られざる世界を探る」(京都通信社)
http://www.kyoto-info.com/kyoto/books/wakuscience/biologging2.html

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2018年07月12日

日本鳥学会2017年度大会自由集会報告:標本史研究っておもしろい ―日本の鳥学を支えた人達

企画:小林さやか(山階鳥類研究所),加藤 克(北海道大学北方生物圏フィールド科学センター植物園・博物館)

演題1 趣旨説明
小林さやか
 日本の鳥類学に関わる方ならブラキストン線,オーストンヤマガラ,オリイコゲラといえば,ピンとくるであろう.これらはトーマス・ブラキストン,アラン・オーストン,折居彪二郎という人物たちの名から由来している.そして,今回の企画の主人公達である.彼らがどんな貢献をして,その名が付けられたのかご存じだろうか?
 日本産鳥類目録第7版から,彼らに関連する種を抜き出してみると,彼らが日本の鳥の命名に関わった偉業が垣間見える.そして,種の記載には標本が欠かせない.彼らが収集や採集した標本は山階鳥類研究所を始め,各地の博物館などに保管されている.
 近年,ブラキストン,オーストン,折居が採集や収集した標本の歴史研究の本や論文が出版された.本集会では,執筆者の方々にそれぞれの人物の標本の歴史研究について,お話いただいた.

演題2 標本が隠し持つ情報 ―ブラキストン標本を中心に―
加藤 克
 発表者は,日本国内で五指に入る鳥類標本コレクションを持つ博物館の標本管理者であるが,もともとは鎌倉時代の歴史を研究していた歴史学者である.発表者の観点からすると,生体としての鳥と異なり,鳥類標本は採集,標本化,採集者による研究,博物館における標本管理,のちの研究利用といった「歴史」を持っている歴史的存在である.そして,過去の分布や遺伝情報を求める現在の研究者にとってその「歴史」が重要な役割を担っているからこそ,標本は保存管理,活用される意義がある.
 しかしながら,その歴史を担保する標本ラベルの情報は破損・汚損や欠落などにより利用できなくなっている場合もあるし,現在必要としている情報が採集時点で重要とみなされていなかったために,その情報が記載されていない場合には,利用者にとって価値のない標本になってしまうだろう.しかし,歴史的存在である標本は,標本とそれに付属するラベルだけでなく,その標本に関わった人や博物館の歴史の中に存在してきたことから,周辺に残されている記録や情報を適切な考察・批判に基づいて利用することで,標本の情報を復元させることができる場合がある.これが「標本史」研究である.
 今回の発表では,トーマス・ブラキストン(Thomas W. Blakiston)のノートとラベル記載の管理番号を利用することで,詳細な採集情報が得られるだけでなく,ラベルが欠落した標本であっても情報を復元することが可能であることを紹介した.この復元された情報により,従来タイプ標本と認識されていた標本が記載以降に採集された標本であり,タイプ標本ではありえないと考えられること,同時に付属情報が不十分であったためにタイプ標本であると認識されていなかった標本をタイプ標本として指定しうる事例を示した.
 この他,従来北海道採集と公表されていた標本が旧樺太(サハリン)採集標本であったことが,標本史に基づく調査により示された事例を紹介するなど,標本そのものからは入手できない“正しい”情報を得るために標本史研究は有益であることを述べた.
 標本史の成果は,単に歴史学や鳥学史にとって重要なのではなく,生物学としての鳥類学においても,信頼できる情報,必要とする情報を得るために重要な役割を果たしうる研究分野であり,今後発展させてゆく必要がある.そしてそのためには標本だけでなく,研究者のノートなどの資料の保存に対する意識の向上とその保存を実現するためのアーカイブの重要性について触れた.

演題3 日本の動物を世界に広めた標本商 アラン・オーストン
川田伸一郎(国立科学博物館)
 明治から大正にかけて横浜に居住して貿易商を営んだアラン・オーストン(Alan Owston)は,多くの動物学者に日本周辺の動物標本を提供し,動物学の発展に貢献したことは有名である.特に鳥類や水産物に関してその寄与は著しいが,なぜモグラ研究者である発表者が興味を持ったかというと,その発端は,2004年10月に森林総合研究所(つくば市)のコレクションに含まれるモグラ標本を調査した時から始まる.
 森林総合研究所には「ハイナンモグラ」と同定された1点の仮剥製標本がある.この標本にはオリジナルと思える古いラベルが添付されており,採集場所・日付などの個体データが記されていた.標本は1906年11月に海南島の五指山で採集されたものである.「鳥ノ長サ」などの項目がラベルに印字されていたことも興味深く,鳥類用のラベルを転用したものだろうと思えた.この時は「面白い標本だな」と思ったに過ぎなかった.
 ところがその一か月後,標本調査のために英国へ渡航し,ロンドンの自然史博物館で標本調査を行ったことによって,このラベルへの関心が再燃した.ハイナンモグラのタイプ標本が保管されており,それに添付されているラベルが,森林総合研究所所蔵の上記ラベルと同じものだったのである.ハイナンモグラはオーストンが1906年頃送った標本をもとに,1910年に英国自然史博物館のトーマスが記載した種である.記載論文にはオーストンが現地で雇用した人物が個体を捕獲した,と書かれている.
 日英両国に保存されていたハイナンモグラのラベルについての探求は,『海南島の開発者 勝間田善作』という著作の発見により進展した.この本には,主人公の勝間田(旧姓石田)が,故郷の印野村でオーストンと出会い,地域の鳥類採集から始まって,琉球や海南島へと調査に行くよう依頼される様子が克明に描かれている.この本を足掛かりに,海南島の動物に関する多くの文献を収集し,また当時オーストンが英国の研究者と交流した書簡を調査したところ,この伝記に描かれた調査行はおよそ正確であり,勝間田がハイナンモグラの採集者であることは間違いないと思われた.ただし採集などが行われた年代は一部5 年ほどのずれが生じているようだった.
 オーストンは勝間田以外にも多くの採集人を日本で育成して,国内外で採集をさせている.しかしこれらの人物のうち,素性が判明している人物はほとんどない.中には英国で著名だった鳥類学者ライオネル・ウォルター・ロスチャイルド(Lionel Walter Rothschild)に提供され,記載が行われたような種もある.今後オーストン周辺の人物について更なる調査を継続したいと考えている.

演題4 日本の動物採集家〜折居彪二郎
平岡 考(山階鳥類研究所)
 折居彪二郎は,鳥類学,哺乳類学が日本で確立してくる時期に大きな貢献をした採集人である.折居の採集人としてのキャリアについて,山階芳麿が『鳥』に書いた業績の紹介文(山階 1948)に従って3つの時代に分けられることを述べた.すなわち,横浜にいた標本商アラン・オーストンに依頼されて,採集人マルコム・アンダーソン(Malcom P. Anderson)と同行するなどして採集した時期,黒田長禮の依頼で,琉球列島で採集した時期,そして,山階芳麿の依頼で,東アジアから北西太平洋にかけて広く採集した時期である.
 発表の中心としては,「鳥獣採集家折居彪二郎採集日誌」に掲載した報告(平岡 2013)にもとづいて,折居の採集標本が山階鳥研の標本コレクションにどれだけあるかを,山階鳥研の標本データベースのラベル画像を見て数えた調査の結果を紹介した.この結果,556種8,845点の標本を特定することができた.東アジアから北西太平洋で幅広く採集していたこと,日本の主要四島での採集品がほとんどないこと,1920〜30年代のものの点数が多いこと等がわかった.
 あわせて,日本の周辺諸地域から採集されていることで,日本産鳥類の理解のバックグラウンドとして重要といった,山階鳥研の折居の採集標本の特色について述べた.

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会場のようす

おわりに
 本企画はフィールドサイエンスではなく,鳥学会では異端であろう「標本史」がテーマであったため,参加者がいなかったら,と不安があったが,夕方の自由集会しかなかった初日にもかかわらず,20名を越える方々に参加していただいたことは,企画者としてとても励みになった.司会の采配が悪く,質疑の時間が少なくなってしまったが,アンケートでは「標本ラベルや手紙,筆跡から書いた人を特定して採集年を推定することは地味ですが大切で,興味がわいた」などのコメントをいただき,「標本史」の一端を感じ取っていただけたことは企画者冥利に尽きる.これに懲りず,切り口を考えて,標本史研究のおもしろさを伝えていけたらと考えている.(小林)
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2018年05月17日

日本鳥学会2017年度大会自由集会報告: 鳥類学における統計学:計算より概念 ―P 値を出す統計,モデルベースの統計―

企画:島谷健一郎(統計数理研究所)
著者:森元良太(北海道医療大学),島谷健一郎(統計数理研究所)

1.統計を使うということ
 科学研究における統計解析という作業へのイメージとして,パソコンによる計算を抱く会員は多いだろう.そして,計算を終え数値を得たら,統計解析作業を完了したと思いがちである.しかし,科学研究において肝要なのは,統計解析に基づく推論と考察である.計算完了は中途の1段階でしかない.さらに,計算の大半をパソコンのソフトが行う今日,推論の立て方こそ時間と労力をかけて習得すべき課題である.それが本集会の表題にある「計算より概念」を優先する統計学習である.
 推論には大きく演繹と帰納がある.演繹は前提が正しければ結論が必ず正しくなる推論である.数学や物理学で多用されており,論理通りに流れていくため(数式は難解でも)推論としては習得しやすい.一方,帰納は前提が正しくても正しい結論が得られるとは限らず,おのずと限界をもつ.帰納はデータと統計解析を用いる科学研究では不可欠だが,しばしば論理の飛躍や逆転,屁理屈や当て推量を招く.
 このような統計解析に基づくとデータから何がわかるだろうか.仮説やモデルを受け入れるかどうか,信頼できるかどうか,支持できるかどうか,等々,さまざまなことがわかるのだが,それぞれの問いに対し,異なる考え方に基づく統計解析が対応する.データから何が言えるかは,統計解析をどう理解し使用するかによって異なる.
 そこで,そうした統計解析の意義に関する自由集会を企画した.帰納推論の背負う宿命や限界の認識が,遠回りだが統計解析の適切な理解や使用へとつながる.本稿では,森元の講演に沿って,頻度主義,ベイズ主義,尤度主義という3つの考え方の概要を紹介する(モデルベースの統計については,島谷(2012)などを参照).

2.有意性検定を用いる頻度主義
 最も普及している統計解析のひとつに有意性検定がある.有意性検定は,帰無仮説を棄却する基準をあらかじめ決めた上で実験を行い,データから求めたp値をその基準と比較して帰無仮説を棄却するかどうか判断する方法である.有意性検定は仮説検定とよく混合されるが,二つは異なる.相違点をみる前に,両者の共通点を確認しておこう.有意性検定と仮説検定はどちらも,実験を何度も繰り返して得られた頻度データが前提となっている.それゆえ,両者の背後にある哲学的な考え方は「頻度主義」と呼ばれる.頻度主義の統計解析では,一回こっきりの実験や調査からは仮説について何も言えない.
 では,有意性検定から何が言えるだろうか.この理論は多くの誤解を受けてきたので,ここでは考案者ロナルド・フィッシャーの意図を汲みながら解説する.「一般に有意性検定は,帰無仮説から計算される仮説的な確率に基づく.検定からは,現実の世界に関する確率的な命題は何もでてこない.ただ,検定する仮説を採択することに対する抵抗の,合理的な十分よく定義された尺度が導かれるだけである」(Fisher 1956, p.44).つまり,有意性検定は仮説をどの程度棄却するかを測っている.仮説を棄却するかどうかは研究者の行動決定に下す判断であり,仮説の真偽や実在性についてではない.有意性検定で言えるのは仮説の棄却に関する判断であり,それ以外の役割を課すことは木に縁りて魚を求むというものだ.
 ここで注意点がある.「個別に得られた有意な結果でも再現方法のわからないものは,さらなる調査まで未解決のまま保留にすべきである」(Fisher 1929, p.191).一方,「実験結果を判断するための有意性検定の妥当性を保証するには,ランダム化について簡単な配慮を行えば十分である」(Fisher 1935, p.24).ランダム化は標本内のどの個体にどの処置を割付けるかをランダムに決めることである.フィッシャーは一回の実験や調査で得られたデータを有意性検定にかけてもせいぜいその実験や調査の安定性しか測れないことを自覚しており,ランダム化を行わなければ「有意性検定は一切無効になる」(Fisher 1925, p. 250)と明確に述べている.昨今,p値を用いた有意性検定への批判が再熱しているが,批判の前に,自身の研究がきちんと実験計画されているかどうかを確認するべきだろう.

3.仮説検定を用いる頻度主義
 有意性検定とよく混同されるのが仮説検定である.仮説検定は,イェジ・ネイマンとエゴン・ピアソンがフィッシャー流の有意性検定を変形した理論である.先述したように,この背後にある哲学的な考え方も頻度主義である.仮説検定では,まず帰無仮説と対立仮説を立てる(ちなみに,有意性検定では対立仮説を立てない).そのため,いわゆる2種類の誤りが生じうる.仮説検定では次に2種類の誤りに優先順位をつけるのだが,その際にネイマンらは金銭面や倫理面を考慮する.例えば,効果がないにもかかわらず新薬の開発を進めると,金銭面や倫理面における損失は大きい.ネイマンらのこうした判断は経済や倫理の問題であり,論理や客観性の問題でも,仮説を信じるかどうかの問題でもない.ネイマンの言葉を借りれば,「2種類の誤りの重要性が同じでないことはごく一般的に生じる.多くの場合,誤りの相対的な重要性は主観的なものである.(中略)この主観的要素は統計学の外にある」(Neyman 1950, p.263).そして,仮説検定により「仮説Hを採択することは,行為Bよりも行為Aをとるよう意思決定することだけを意味する.これは仮説Hが真だと必ず信じるという意味ではない」(ibid., p.259).ネイマンらにとって仮説検定は意思決定の理論であり,仮説を採択するかどうかの行為を決めるものである.
 フィッシャーは,ネイマンとピアソンによる仮説検定を忌み嫌っていた.フィッシャーは科学の方法論としての検定理論を構築するため,論理的側面にこだわり,統計解析に非科学的要素を極力入れないようにした.倫理や経済など論外である.有意性検定だけでは予備実験のようなもので,実験計画法に組み込んでより科学的なものにする.それに対しネイマンとピアソンは,倫理・経済的な側面を重視した意思決定の手段としての検定理論を構築しようとしたのである.

4.ベイズ主義
 ベイズ主義は,確率や証拠,合理性などに関する問題に,ベイズの定理を用いた解釈を与える立場である.頻度主義とは異なり,1回の実験データからでも何かを言うことができる.ベイズ主義は,事前確率をデータが得られる前に仮説が正しいと信じる度合い,事後確率をデータが得られた後に仮説が正しいと信じる度合いと解釈する.そしてベイズの定理は,データが得られたときに仮説が正しいと信じる度合いを合理的に更新するルールとして解釈される.
 ベイズ主義では,データが得られたとき,仮説についての確率が上がれば(事後確率が事前確率より大きくなれば),仮説が「確証された」という.逆に,事後確率が事前確率より小さくなれば,仮説は反確証されたという.注意すべきは,確証や反確証は検証や反証と異なることである.検証はデータにより仮説の正しさを示すことで,反証はデータにより仮説の誤りを示すことである.ベイズ主義では,仮説の真偽には踏み込まず,あくまで仮説の信頼性を問題にする.
 ベイズ主義には古くから多くの批判が浴びせられてきた.事前確率の付与に関する難点が代表的である.事前確率を客観的に決められることもあるが,例えば,「ある鳥類の個体数減少の主要な要因は人為攪乱である」,「渡り鳥の渡来日が変化したのは地球温暖化のためである」といった仮説を信頼する度合いなど,客観的に決められそうにない.科学に主観性が入り込むことに懐疑的な研究者には,ベイズ主義の確証の理論は受け入れにくいかもしれない.

5.尤度主義
 仮説の尤度とは,その仮説の下で与えられたデータが得られる確率という数値のことである.尤度が高ければそのデータを生じやすいのだが,仮説を高く評価できるわけではない.一つの仮説の尤度からは何も主張できない.尤度は複数の仮説の相対評価にのみ用いる.尤度主義では,データが仮説1より仮説2を支持するのは,そのデータの下での仮説1の尤度が仮説2の尤度より大きいときであり,かつそのときに限られる.この尤度原理によると,尤度のより高い仮説は「データにより支持された」と解釈される.尤度主義から言えることは,ベイズ主義のような一つの仮説の信頼性ではなく,データによりどの仮説が支持されるかである.
 尤度主義は,ベイズ主義とは異なり事前確率を用いないので,主観性が紛れ込まなくてすむ.ただ,答えられるのは常に複数の仮説の間の相対評価でしかない.検討する仮説がどれも真理からほど遠いなら,それらを相対比較しても何も得られないという不安がつきまとう.

6.結語
 以上のように,統計解析の種類により答えられる問いは異なる.どの統計解析を用いれば,何がわかるのかを意識しながら使用しなければ,せっかく苦労して収集したデータも無意味になってしまう.
 ここまで読まれた方は,次のような疑問を抱いていないだろうか.
  • ランダム化を施していない野外の鳥類の観察データに有意性検定は使えない?
  • 仮説検定は意思決定のためで対立仮説の支持ではない?
  • 赤池情報量規準(AIC)などで行う仮説(モデル)の比較はどこに入る?
  • ベイズ主義に従ってモデルの信頼確率を求めている研究事例を本学会で見ないのはどうして?
 科学哲学はこうした疑問に答えようとしている.統計数値を得た後の推論を立てられないでいる会員や数学に苦手意識の強い会員は,一度,数式や計算でなく,科学哲学の視点から見た統計解析の考え方を学習してみてはどうだろう.教員はそんな教育機会を提供することを考えてはどうだろう.

引用文献
  • Fisher R (1925) Statistical Methods for Research Workers. Oliver & Boyd, London.
  • Fisher R (1929) The Statistical Method in Psychical Research. Proceedings of the Society for Psychical Research 39: 189–192.
  • Fisher R (1935) The Design of Experiments. Oliver & Boyd, London.
  • Fisher R (1956) Statistical Methods and Scientific Inference. Oliver & Boyd, London.
  • Neyman J (1950) First Course in Probability and Statistics. Henry Hold & Company, New York.
  • 島谷健一郎 (2012) フィールドデータによる統計モデリングとAIC.近代科学社,東京.

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2018年05月16日

日本鳥学会2017年度大会自由集会報告: ロボットやネットワークカメラ,ドローンを活用した湿地生態系の監視・管理システムの構築

企画:嶋田哲郎(公財)宮城県伊豆沼・内沼環境保全財団

 日本には50ものラムサール条約湿地があります.それらの湿地や全国に点在する湖沼は,ガンカモ類などの渡り鳥をはじめ,貴重な生物の生息場として機能しており,生物多様性の重要なスポットとなっています.また,水資源,防災,観光資源,環境教育などの生態系サービスを提供している貴重な自然資源でもあります.一方で,干拓や護岸工事,水質汚濁,外来生物の移入に見られる人間活動の影響によって,多くの湿地は消滅するか,消滅を免れても劣化が進行しており,生物多様性や生態系サービスの機能が失われつつあります.湿地の保全,再生のためには,絶えず変化する生態系をより広い視野で精密に監視し,その結果を順応的管理に迅速に反映させる必要があります.しかし,生態系の監視には,時間と労力という面で莫大なコストがかかることから,十分な情報が得られずに保全や再生の推進に支障をきたすことが多いのが現状です.
 近年,ロボットおよび情報通信技術の進歩は目覚ましく,それらの生態系監視技術への活用が注目を集めています.しかし,機器やアプリケーションの扱いが煩雑な上,かつ高価であることから実用化が遅れています.そのような障害をなくし,現場管理者や調査者と最新技術をシームレスに繋ぐためには,現地調査や機器開発,情報処理の専門家の連携によって監視・管理技術の開発を推進することが重要です.
 この研究では,1)低コスト化・効率化を実現するための生態系監視・管理技術の開発,2)安全で簡便な監視や管理を実現するためのガイドライン・マニュアル作成を行っています.これらによって,全国の湿地でのモニタリングへの展開が容易になり,保全・再生活動の促進に寄与できるものと考えています.現在,1)ロボットボートを用いた生態系モニタリングおよびマネジメント(東京大学),2)ドローンを用いた空中からの生物相モニタリング(酪農学園大学),3)センサネットワークによる地上・水面からの生物相モニタリング(北海道大学),4)モニタリング技術の適正運用に向けたマニュアル・ガイドライン作成(伊豆沼財団)の4つのテーマを設定して技術開発をすすめています.この自由集会では,現在の到達点を紹介し,フィールドで活躍する参加者と情報共有し,技術開発に向けた議論を行うことを目的に開催しました.


1 湖沼の植生管理用ロボットボートの開発
遊佐 健(東大院・農)

 ロボットボートは全長2.45m,全幅1.8mで,船首に取り付けた作業幅1.2mのバリカン型水草カッターにより水草を刈払いしながら船体中央左右に取り付けたパドルを駆動することで水面を航走します(図1).駆動系がすべて電動で通常稼働時における油漏れ等の環境汚染の懸念がありません.また,ラジコン用無線機による手動操縦とドローン用組み込みコントローラpixhawkによる自動操縦が可能です.
 自動操縦によって岸から400mの距離にある水面上の30×100mの試験区画において6月の生長初期および8月の最繁茂期のハスの刈払い作業に成功した結果,マガンのねぐらに必要な開放水面を確実かつ効率的に確保する手段の一つが示されました.質疑ではハス以外の植物種に対応できるようにするとよい,またロボットの規模感は適切なのか,という指摘がありました.植物種に関してはヒシ,スイレンの作業事例の報告のほか,ロボットの規模感については,ロボット自体の特性と合わせ,実作業やビジネスの要素の考慮が不足していたことが分かりました.
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図1.ハス刈りロボットボート.自動操縦によってパドルの回転で推進しながら,前方のカッターでハスを刈りとる.


2 ドローンを用いた水鳥のモニタリング手法の検討
松田亜希子(酪農学園大・環境共生)

 GPSによる自律飛行可能なドローンにカメラを搭載し,自動的かつ高精度に個体数の計測や識別を行えるセンサシステムを開発するため,北海道宮島沼を渡りの経由地とするマガンを対象に,水面でねぐらを取る個体を撮影し,数の検知と鳥種ごとの識別を目標としました.まず飛行撮影に利用できそうなカメラを比較し,熱赤外センサは水鳥と水面との温度差の検知が難しいため,空間分解能の優れた高感度カメラや可視カメラを重点的に利用することを検討しました.高感度カメラを安定的に飛ばせるようにMikrokopter社製の8枚翼ドローンを改良し,対象種ごとに必要な解像度を割り出した上で実用可能な撮影高度(100–150m)を定めました.ねぐらを取っているマガンの撮影には低い照度での撮影設定を探る必要があり,ISO感度を高く保った状態(1600 以上)で露出時間を長く取ったスローシャッター撮影(1/30 以下)が有効ということが判明しました.ドローン撮影で得た画像の解析は機械学習によるカスケード分類器の構築や,RパッケージのEBImageを用いたフィルタリング・2値化手法など,幅広く試験中です.また,これらの情報をもとに,ドローンシステムの生物相への影響や適正な運用方法の取りまとめを現在行っており,早期の保全活動への運用に向けて努力しています.


3 全天空監視システムの開発と画像解析を用いたマガン飛来数の推定
山田浩之(北大院・農学研究院)

 このシステムは,湖水面上などに設置した全天空カメラでねぐら入りするマガンのタイムラプス撮影を行い,撮影された画像を無線通信で約2km離れた基地局に送信した後,画像解析を用いてマガン個体数を自動的にカウントするもので,様々な解像度のカメラと全周魚眼レンズを試用した結果,マガンの検出には10Mpx以上の解像度が適していることがわかりました(図2).10Mpx以上の解像度で,数km間の大容量データの無線通信を可能とする市販のネットワークカメラがないため,解像度12Mpxの全周魚眼レンズ搭載カメラ,長距離通信向けのWiFi中継器,遠隔操作のための特定小電力無線機器を組み込み,レンズカバー洗浄用ワイパーも搭載した監視システムを構築しました.これにより,基地局のパソコンから撮影開始時刻やタイムラプス撮影間隔等を設定することで,撮影後の画像を自動で基地局にて受信することが可能となりました.画像解析による個体数カウントには,画像処理ライブラリを導入したMicrosoft R Open(Microsoft)を用い,マスク処理,二値化,ラベリング等の処理を採用した自動カウントスクリプトを作成しました.宮島沼での試験運用を行い,画像解析による自動カウントの精度を評価し,その結果,従来法で得られた個体数と概ね一致することがわかりました.今後は,宮城県伊豆沼・内沼での本格運用のための耐久性試験の実施と,画像解析法の改良を行う予定であるとの説明がありました.
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図2.マガンカメラ.ねぐら入りするマガンのタイムラプス撮影を行い,撮影された画像を無線通信で基地局に送信した後,画像解析を用いてマガン個体数を自動的にカウントする.


4 ドローンの接近に対するガンカモ類の反応
嶋田哲郎(伊豆沼財団)

モニタリング技術の適正運用に向けたマニュアル・ガイドライン作成では,システム作りに寄与するため,モニタリング対象となる生物種の環境情報収集などを行いました.すなわち,初期段階の試験運用でシステム運用に関する情報の収集を行ったほか,マガンやトンボ類,ハスの目視などによるモニタリングを行い,ドローンによる監視が水鳥などの野生生物に及ぼす影響を評価しました.これらについて,伊豆沼財団の嶋田が報告しました.水平に接近するドローンに対して,カモ類は50m以下の高度で,ハクチョウ類は60m以下の高度で遠ざかるまたは飛び去るといった逃避行動が認められました.ガン類は群れの位置によって反応が異なり,陸上では高い空域の150mでも飛び去ることがありましたが,水面にいる群れの場合には50mよりも高い高度であれば飛び去ることはありませんでした.垂直接近試験では,カモ類は水面では40m以下の高度で逃避行動が認められました.ハクチョウ類は,陸上では64m以下の高度で,水面では74m以下の高度で逃避行動が認められました.ガン類は,陸上では90m以下の高度で,水面では40 m 以下の高度で逃避行動が認められました.機体離陸地の遠近に対する反応については,カモ類は群れから151–593mの距離から,ハクチョウ類は群れから114–521mの距離から機体を離陸させましたが,機体の上昇中に群れが飛び去った事例は一度もありませんでした.それに対してガン類はしばしば反応し,全44例中22例(50%)で機体の上昇中に群れが飛び去りました.ただし,離陸地が群れから離れているほど,機体が上昇しても群れがその場に留まる傾向がありました.この結果から,カモ類やハクチョウ類は,離陸地は群れから150m以上の距離をとれば問題なく離陸可能と考えられ,ガン類は300m以上の距離をとることが望ましいと考えられました.


まとめ
 今回の自由集会では,40名の参加者に集まっていただき,こうした最新技術の,鳥類モニタリングや湿地保全への適用可能性などについて活発な議論が交わされました.社会的に人材不足が深刻化している中,これまでの生態系の監視,管理システムの維持が将来的に難しくなる懸念があります.最新技術による省力化,コストダウン化を図ることで,こうした問題に対応していかなければなりません.
posted by 日本鳥学会 at 17:05| Comment(0) | 大会報告