2018年11月、ニューヨーク・タイムズ・マガジンは次のような記事を掲載しました。 インセクト・アポカリプス. それは主に、中央ヨーロッパにおける昆虫の豊富さに関する研究に基づいていました。 この記事は、アリゾナ州立大学生命科学部教授ニコ・フランツ博士の記事を含め、多くの注目を集めました。 「『すごいな、米国にはそのデータさえあるのか？』と疑問に思っていた昆虫学者、つまり昆虫関係者は私だけではなかったはずだ」と彼は言う。 本当になかった 過去に、しかし今、将来のためにその種の情報を収集しようとしている巨大なプロジェクトがあります。
コンテンツ
- 20年以上の開発期間、30年後の未来
- 優れたマウス検出
- この谷はどのくらい緑ですか?
- 地衣貸出図書館
- パンデミックのために一時停止
- 生態学者のエコシステム
National Ecological Observatory Network (NEON) は、生態学者やツールが大量のデータを収集して全体像を把握しようとしている全米のサイトのグループです。 気候変動, 生物多様性、淡水資源、その他の複雑な生態学的問題。 昨年から本格的に稼働したばかりですが、その後パンデミックが発生しました。 しかし、これはこの野心的なプロジェクトが直面する最初の課題ではなく、もちろんそれが最後ではありません。 NEON はさらに数十年間データを収集し続けることになっています。
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20年以上の開発期間、30年後の未来
NEON の歴史は 1990 年代後半から 2000 年代初頭に遡り、生態学者や生物学者が大陸を横断するネットワークの構築を推進しました。 地震センサーネットワークのようなもの、ただし地震ではなくエコロジーのためです。 彼らは、そのアイデアと費用を全米科学財団 (NSF) に持ちかけました。建設には約 4 億ドル、さらに 30 年間の運営には年間数百万ドルかかりました。 「これは国立科学財団からの本当に巨額の投資であり、これまでに例のないものです。 これは生態学の範囲内でのスケールです」とコロラド大学の陸上生態学者チェルシー・ナジ博士は語った。 ボルダー。
最終的なサイトは昨年稼働し始めましたが、最初のアイデアから現在までの間は、さまざまな悩みに悩まされました。 あった 議会との資金調達問題、 行った 予算オーバー (結局お金がかかりました
4億6000万ドル）、 そして プロジェクトの監督 手を変えました。 その後、NSF は NEON の監督者として、いくつかの国立研究所を運営する Battelle を選択しました。 ちょうど昨年、この組織は 2人の上級スタッフを解雇し、 他の人を辞めさせてしまう。 しかし、数か月後の 2019 年 5 月に、NEON は 完全に稼働.
ただし、ライトとセンサーが一斉に点灯したわけではありません。 NEON の 81 サイトの多くは、すでに何年もデータを収集しています。 がある 20 ドメインの 81 サイトアラスカのツンドラとタイガ、テキサス州のかなりの部分を占める南部平原、ウィスコンシン州にいくつかの場所がある五大湖などです。 これらの生態気候ゾーンは、米国の多様な地形、生態系、植生を表すことを目的としています。
各現場では、さまざまな技術者と現場スタッフが、植物、動物、天候、水、土壌などに関する観察を収集することになっています。 標準化されたツールと測定値を使用すると、データの比較が容易になります。
「ネオンは実験ではありませんが、長期にわたる測定を行って森林やシステムを操作しているわけではありませんが、生態系を複雑なシステムとして見るようになります。」
とてもシンプルに聞こえるかもしれませんが、エコロジーは常にそのように機能するとは限りません。 「歴史的に、生態学に関することの 1 つは、私たちは特定の場所で、特定の一連の方法を使用して特定の質問をする傾向があるということです。 まったく同じことを二度と繰り返す人はいないのです」とフロリダ大学野生動物生態学・保護学部教授のイーサン・ホワイト博士は語った。 「そのため、ある論文セットが到達した結論が別の論文セットと異なる場合、なぜその結論が異なるのか正確にはわかりません。」
「私は現在メタ分析を行っており、個々の研究を収集しています」とコロラド大学のナジ氏は語った。 「そのため、さまざまな人がさまざまな方法で収集したデータを分析するのは非常に困難です。なぜなら、彼らは異なるものを測定している場合もあれば、異なるものを測定している場合もあるからです」 彼らは同じものを測定していますが、異なる方法を使用しています。」 NEON を使用すると、サイト全体で収集されるすべてが同じ方法論を使用して行われるため、 比較する。
データは空間的にも統合されています。つまり、同じサイトから収集された一連の測定値です。 「たとえば、その 1 つのサイトであっても、研究者に提供されるのは、これらすべてのデータを統合する方法だけです」と NEON の主席科学者で天文台所長のポーラ・マビー博士は述べています。 8,000 個を超えるセンサーがあるにもかかわらず、NEON はすべてを監視するように設計されているわけではありません。
「NEON サイトの多くは、外来種が積極的に除去されている場所にあります。 したがって、彼らは確かにそれについて私たちを助けるつもりはありません」とデューク大学の生態学者であるジェームス・クラーク博士は言いました。 ナジさんは、山火事が外来種にどのような影響を与えるかに興味を持っていますが、NEON のサイトが燃えていないため、それらを研究に含めることはできません。
ハワイからプエルトリコまでデータを定期的に収集することで、6 つの答えが得られます。環境科学における大きな挑戦」、人間が生物多様性にどのような影響を与えているか、さまざまな種の感染症を防ぐ方法などについて説明します。 各サイトにはカメラ、トラップ、数千のセンサーが設置されています。 研究者は生物地球化学、土壌微生物、リモートセンシング情報、水生データを調べて次のことを得ることができます。 それらがどのように相互作用しているか、また哺乳類、鉱物、生物にどのような変化が現れているかについての感覚 微生物。
「Neon は実験ではありませんが、長期にわたる測定を行って森林やシステムを操作しているわけではありません。 生態系を複雑なシステムとして見始めるのです」と、アメリカ大学教授のアンクル・デサイ博士は語った。 ウィスコンシン州マディソン州。 「水の循環、炭素の循環、相互作用する種など、さまざまな部分はすべて変化します。 そしてそれは、私たちが周囲の世界を理解するのに十分な情報をさまざまな場所で得られるという希望でもあります。」
優れたマウス検出
茶色の毛皮を持った小さなネズミに遭遇した場合。 白い腹と大きく黒い目は、シロアシジカネズミやモリジカネズミを見ても、すぐには分からないでしょう。 ポイントは耳の長さです。 どちらの種も中西部北部で発見されており、マイケル J 博士の研究にとって極めて重要です。 クレイマー氏、ウィスコンシン州ノートルダム大学環境研究センター副所長。
「それらは自然個体群が環境変化にどのように反応するかを理解するのに役立つモデルシステムとして機能します。それが私がそれらを研究する理由です」と彼は言いました。 フクロウ、タカ、イタチ、キツネはすべて、植物や種子そのものを食べるネズミを捕食します。 「これらのネズミは食物網の真ん中にいます」とクレイマー氏は言う。 それらの存在は、それらを食べる動物だけでなく、種子の散布をそれらに依存している樹種にも影響を与えます。 さらに、同じ資源を食べるリスやシマリスなどの競争相手もいます。
「健康なマウスの個体数がいるということは、森林の動態という観点から言えば、システムがうまく機能していることを示しています」とクレイマー氏は言う。 彼はネズミを捕まえ、タグを付けて放し、ウィスコンシン州の頂上からミシガン州のアッパー半島まで広がる森林にどれだけのネズミがいるかを把握するために再捕した。
この地域はかなり遠隔地にあるため、ネズミたちにとっては非常に良いことかもしれないが、Cramer 氏が答えようとしているすべての質問に対して必ずしも役立つわけではない。 「私たちは三方を国有林に囲まれているので、人間が支配するシステムではありません」と彼は言いました。 しかしNEONは、車で約1時間半離れたTreehavenと呼ばれる別の場所でも、これらのネズミを捕獲して放している。 「比較的自然な環境で行った観察に基づいて彼らのデータを確認し、それを NEON のデータと比較できます。 自然のままではない環境で収集され、マウスが種レベルでどのように反応していると私が考えるかについていくつかの結論を導き出すように努めてください。」 言った。
クレイマー氏によれば、これらのネズミは森林ネズミであり、家でよく見かけるタイプではないが、人間の健康のためにネズミを追跡することが依然として重要であるという。 これらはライム病の保有源です。 「彼らはライム病を広めているわけではありませんが、その集団内でライム病を維持しているのです」と彼は言う。 そして、これらのネズミは米国の多くの州で発見されています。 ヨーパー ネズミや他の地域のネズミを飼育するには、巨額の助成金と大学院生の軍勢が必要になるだろうと彼は語った。
その代わりに、「他の場所、他の生息地タイプ、他の生物群系からのデータを利用することができ、NEON のデータを使用してマウスが何をしていると思われるかを比較することもできます」と彼は言いました。 「これにより、推論をより大きなスケールに拡張することができます。」
Cramer 氏のアプローチはかなりローテクですが、「マウスごとに小さな、小さな無線首輪をそんなにたくさん買うお金はありません」と彼は言いましたが、NEON サイトにはたくさんのツールがあります。
この谷はどのくらい緑ですか?
NEON は定期的に航空機をその多くの拠点上空に飛行させます。 飛行機にはカメラ、ライダー、画像分光計が搭載されています。 分光計は以下を提供します ハイパースペクトル画像、高解像度であり、人間の目には見えない光を捉えます。 カメラにカラー フィルターを付けるのと少し似ていますが、数百色に対応します。 イーサン ホワイトは、これらのハイパースペクトル画像に基づいて木の種類を特定しようとしています。
葉の色に応じて、異なる波長の光を反射および吸収します。 すべての光の色に対する反射率をマッピングすると、スペクトルが得られます。 画像の各ピクセルでスペクトルを測定すると、窒素やリンの量など、葉のさまざまな特徴が明らかになります。 一般的なカメラは、可視スペクトル、つまり赤、緑、青のスペクトルの光を捉えます。 ハイパースペクトル画像は、426 のスペクトル バンドを記録するデバイスから取得されます。 フロリダ大学のホワイト教授は、「特に植物間の違いを上から見ることができるようになる」と述べた。 「すべてが緑色に見えるかどうかを確認するのは困難ですが、ハイパースペクトル イメージングからの異なる情報を使用することで、緑色である 2 つのものの大きな違いを確認できました。」
ターキーオークとサンドライブオークの葉の色の詳細な違いを確認するには、巨大な画像ファイルが必要です。 「私たちは何テラバイトもの画像を扱っています」とホワイト氏は語った。 「私たちは、HiPerGator と呼ばれるフロリダ大学の高性能コンピューティング センターで、非常に集中的なコンピューティングを大量に実行しています。なぜなら、私たちはここのゲイターが大好きだからです。」
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美しいだけではなく、有益です。 イエローストーンフィールドサイト (YELL) 上空の NEON の空挺観測プラットフォーム (AOP) からの画像。⠀ ⠀ Lidar、または「光」 探知と測距」は、車両に搭載された高速発射レーザーから光が放射されるアクティブなリモート センシング システムです。 航空機。 この光は地面に伝わり、木の枝などの表面で反射します。 反射光エネルギーはセンサーに戻り、そこで記録されます。ライダーは、放射された光が地面に到達して戻ってくるまでの時間を測定します。 科学者はこのようなリモート センシング データを使用して、地域全体の植生構造を研究できます。⠀ ⠀ NEON のリモートについて詳しくは、こちらをご覧ください。 センシング機能、AOP、およびすべてのデータはウェブサイトにあります!⠀ .⠀ .⠀ .⠀ #remotesensing #lidar #NEONdata #opendata #NEONscience #research #フィールドワーク
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ホワイト氏は生物学者向けのコンピューターサイエンス入門クラスを約10年間教えているが、より広いレベルで見ると、自分の分野はまだ追いつく必要があると述べた。 「NEON によって現在生成されている規模のデータを使ってこれに取り組むことは、ほとんどの生態学者にとって非常に馴染みのないことです」と彼は言いました。 ただし、ホワイト氏が調査している種類の質問には、それだけの量のデータが必要です。
「私たちが本当に興味を持っていることの 1 つは、生態系を支配するプロセスが、観察しているスケールに応じて変化するということです」と彼は言いました。 個々の木に影響を与えるもの - 隣接する木の高さに基づいて、その木が受ける太陽光の量 たとえば、ズームアウトしてエーカー、森林、生態系を観察すると、その重要性は薄れてきます。 木。 フロリダの樹木とニューヨークの樹木を比較する場合、降雨と気温の変動の大きなパターンがより重要になります。 「これらのプロセスが規模に応じて変化することは理解していますが、それについてかなり継続的な方法で考えることを可能にするデータセットがまだありません」と彼は言いました。
地衣貸出図書館
アリゾナ州テンピの工業地帯に、オフホワイトの低い建物があります。 その控えめな外観にもかかわらず、実際にはアリゾナ州立大学の自然史コレクションと、 NEONのバイオリポジトリ. 微生物、甲虫、蚊、土壌サンプルはすべて、NEON が稼働する 30 年間、建物内に保管されます。 冷たく保つ必要があるものは極低温冷凍庫に保管されており、ASU は液体窒素保管施設も追加しています。 ASU のコレクションも展示されており、蝶のケース、脊椎動物の瓶、 壁に掛かっているクマの皮. アリゾナ州立大学のフランツ氏がコレクションのディレクターを務めています。
“現在NEONとの作業明細書によれば、私たちは年間約110,00のサンプルを吸収しています」と彼は言いました、「そして約70パーセント そのうちのサンプルは冷たく保つ必要があります。」 数か月間、この施設では毎日、場合によっては 1 日に複数回、サンプルが届けられていました。 日。 NEON のサイトの中には、2013 年からサンプルを収集しているものもあります。 これらのサンプルを適切に保管することはフランツのチームの活動の重要な要素ですが、サンプルをカタログ化して追跡する必要もあります。 「私たちは実際、あらゆるサンプルにおいて最終段階に立つべきではありません」とフランツ氏は語った。 「逆にそうだね。 私たちは、追加の研究を行うことができるように、これらのサンプルのパススルーのようなものになるはずです。」
NEONを作るために メインデータポータル 研究者にとっては有益ですが、バイオリポジトリのスタッフはダーウィン コア標準に基づいて多くの情報を入力する必要があります。 「これは、次のようなものに比較的近いです」 リンガ・フランカ自然史の収集標本に関連するデータを転送し、注釈を付けるために広く世界的に利用されている標準のようなものです」とフランツ氏は述べた。 これは、研究者が自分自身で収集したものではないサンプルについて知る必要があるすべての情報を提供することを目的としています。つまり、どこで、いつ、どのように収集されたのか。 その分類名とその識別方法。 「サンプル間の関係を記録することもできます」とフランツ氏は言う。 「つまり、たとえば、『A』が『B』の既知の寄生虫である場合、哺乳類から採取したダニのサンプルが得られます。」
フランツが受け取ったリクエストの中には、米国版の昆虫黙示録研究に役立つものもあります。 オクラホマ大学は約50の施設にわたる無脊椎動物の体積の変化を調査していると同氏は述べた。 彼らはいわゆる落とし穴トラップサンプルを使用しています。 プラスチック製のカップを数日から数週間地面に放置し、クモ、カブトムシ、ミミズ、その他の無脊椎動物を収集します。 研究者はこれらのサンプルから、各現場でのそのような動物の数と体の大きさを推定することができます。 研究者らはすでにさまざまな地域での違いを確認している。 「この昆虫の黙示録には、非常に興味深い地域的な傾向があるようです」とフランツ氏は言う。
パンデミックのために一時停止
おそらく、生態学者というと、森の真ん中でクリップボードを持ち、長靴を履いている人を想像するかもしれません。 おそらく、NEON サイトのイメージは、センサーがブンブン音を立てていて、人の姿は見えないというものでしょう。 ネオンには 181 データ製品 — 気圧、赤外線温度、CO2 濃度などの測定値の集合 — が出力するもの。 そのうち 108 件には人間の観察者が必要です。 NEON を管理する Battelle の上級コミュニケーション スペシャリスト、ゾーイ ジェンテス氏は、「私たちは観察によるサンプリングに大きく依存しています」と述べています。 「しかし、それに加えて、私たちの自動化システムにはメンテナンスが必要です。」
「それは、新型コロナウイルス感染症の最初の数週間で私を本当に驚かせたことです」とNEONの首席科学者マビー氏は語った。 「センサーのリフレッシュやバッテリーの交換にどれくらいのメンテナンス時間がかかるか全く分かりませんでした。 もの。" ジェンテス氏は、停電や停電の場合を除いて、センサーの多くは非常によく耐えていると述べた。 洪水。 マビー氏によると、NEONはスタッフの飛行を許可していないため、NEONの空挺観測プラットフォームは現在、民間航空機を必要としない米国の特定地域に限定されているという。 「これは重要な仕事ではありません」と彼女は言いました。 「それは我々にとって重要なことだ。 それが私たちの仕事です。 しかし、それは必須の仕事ではありません。」
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これは、プエルトリコにある NEON の LAJA フラックス タワーでの #Tower Tuesday の日の出です (2019 年)。⠀ ⠀ ラハス実験ステーション (LAJA) はプエルトにある 6 つの農業試験場の 1 つであるラハス研究開発センターにあります。 リコ。 それは NEON の大西洋新熱帯ドメイン (D04) の一部です。 土地の大部分はプエルトリコ大学マヤグエスキャンパスが所有しています。 島の南西隅に位置し、比較的乾燥しているこの現場は、グアニカ現場 (GUAN) の自然のままの森林の状態とは素晴らしいコントラストを見せています。 LAJA で収集されたデータは、研究者が地域の生態系に対する農業と人間の活動の影響を評価し、監視するのに役立ちます。 これらの影響は時間の経過とともに起こります。⠀ .⠀ .⠀ .⠀ #プエルトリコ #日の出 #研究 #NEONscience #NEONdata #opendata #ecology #ecoscience #science #フラックスタワー
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NEON はパンデミック下でもフィールドエコロジーを安全に実行できる方法を検討しているが、Mabee はその実践者が今このプロジェクトを見直すかもしれないと考えている。 「確かに、新型コロナウイルス感染症の時代では、人々はコンピューターの前に座って、あまり現場に出ていないのだと思います」と彼女は言う。 「そして、この種のデータに実際にスポットライトが当てられるようになりました。」
NEON の初期の頃、一部の科学者の間では、NEON がフィールドワークを完全に置き換えようとしているのではないかという懸念がありました。 「彼らは最初、NEON というブランド名を間違っていたのだと思います。『ああ、これでデスクトップから生態学ができるようになりました』とか言っていたからです」とウィスコンシン州でマウスの研究をしているクレイマー氏は言う。 「そして、生態学者の大部分は、『そうだ、それが私たちが生態学に興味を持った理由ではない』というようなものでした。 私たちは外に出たいのです。』
NEON に対する他の批判は、それが次のような事態につながる可能性があるというものでした。 科学を「逆向きに行う」」とデータを作成し、仮説を探ります。 NSF は次のような懸念を抱いていた。 長期生態研究ネットワーク NEON を支持して資金を失うことになるでしょう。 デューク大学のクラーク氏は、「科学への資金提供の減少について非常に大きな不安が広がっているときにNEONが登場したことは助けにはならない」と述べた。
このプロジェクトが完全に軌道に乗るまでには非常に長い時間がかかり、その間に全く新しい世代の生態学者がこの分野に参入してきました。 昨年の時点で アメリカ生態学会の年次総会、カイラ・ダーリン博士 ツイートした: 「不機嫌な老人たちの愚痴を聞くのはうんざりだ」 @NEON_sci? 実際のNEONユーザーの声を聞きに来てください…”
陸上生態学者のナジさんは、生態学者が取り残されないようにするためのトレーニングに参加しています。 「これが最初の課題の 1 つだと思います。一般の生態学者がこのようなデータの使用に必要なスキルを確実に身につけることです」と彼女は言いました。 「これは誰でも無料でオープンに利用できるため、非常に素晴らしいリソースですが、データを有効に活用するにはデータの使用方法についての知識が必要です。」
生態学者のエコシステム
「NEON について、最もエキサイティングなことの 1 つは、より一般的なエコロジー内でのコミュニティとより広範なコラボレーションを促進する可能性であると思います」とホワイト氏は述べました。 彼のグループは、学校のコンピューターサイエンス部門と林業部門の研究者と協力して、彼の樹木プロジェクトに取り組んでいます。 彼は、NEON データと米国森林局の森林目録および分析プログラムのデータを組み合わせることに取り組んでいます。 2 つのデータセットを統合するのと同じように、異なる科学的背景を持つチームを作成するには、共通の語彙を作成する必要があります。
「NEON は、エコロジーに関する大きな疑問のいくつかに答えるために重要なツールや測定に、切望されていた標準化をもたらすのに役立ちました。」
NEON の外でも、より大きなデータとより大きな疑問に適合するようにエコロジーは拡大しています。 ホワイト氏は 10 年前、コンピューター サイエンスのクラスを教え始めたときにそのことに気づきました。 「現在、現場データを自ら収集せず、リモートセンシング製品やその他のネットワーク製品から取得できるデータを扱うだけの研究機関が非常に多くあります」とクラーク氏は述べています。 デサイ氏もそれに同調する。 「学生たちは見たことのない現場で働くかもしれません」と彼は言う。 「そして、それは生態学に携わる一部の人々にとっては、おそらく少し異なる、不快なものかもしれません。」
デサイ氏はNEONの発展を内外から見守ってきました。 以前は、科学、技術、教育諮問委員会のメンバーでした。 このプロジェクトに対する彼の気持ちは複雑だ。 彼はそこで働く科学者たちを称賛するが、その経営には浮き沈みがあったと言う。 NEON は、エコロジーに関する大きな疑問のいくつかに答えるために重要なツールや測定に、切望されていた標準化をもたらすのに役立ちました。 多くの生態学者は、NEON のデータがこれらの疑問のいくつかに答え始めるのに役立つと考えています。
「国立科学財団に相談すると、彼らはいつも『NEONは問題ではない』と言います。 マクロシステム生物学こそが重要なのです」とデサイ氏は語った。 「ネオンはその科学を実現するツールです。 そして、10 年後に別のツールが必要になったとしても、それはそれで構いません。」
