多次元バイオロギングによる鳥類・魚類の長距離ナビゲーション行動の包括的理解

2019 年度 実績報告書

• 研究領域: 生物ナビゲーションのシステム科学
• 研究課題/領域番号: 16H06541
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 依田 憲 名古屋大学, 環境学研究科, 教授 (10378606)
• 研究分担者: 牧口 祐也 日本大学, 生物資源科学部, 講師 (00584153) ; 塩見 こずえ 国立極地研究所, 研究教育系, 助教 (50756947)
• 研究期間 (年度): 2016-06-30 – 2021-03-31
• キーワード: バイオロギング / 海鳥類 / サケ科魚類 / 野外生理生態 / ナビゲーション

研究実績の概要

1) 次世代バイオロギングシステム開発 ■多次元計測（GPS、ビデオカメラ、深度、加速度等）・イベント駆動機構を備えたロギングデバイス「ログボット」を開発し、野生の海鳥に適用した。■ロギングデバイスの遠隔回収システムの開発を行った。■養殖ニジマスに対して脳神経ロガーを装着する手法を確立し、自由遊泳時における脳神経活動を計測した。
２） 野外調査 ■動物のナビゲーションデータを取得し、行動・体内・環境情報とナビゲーションの関係を理解可能にする数理モデルを作成するため、オオミズナギドリとウミネコ、アルゼンチンの海鳥類などに対してバイオロギング調査を行った（合計で約220個体）。■繁殖地で捕獲したオオミズナギドリを船で人為的に移動させて放鳥し、帰巣経路をGPSロガーで記録する、環境介入実験を行った。
■サクラマスの雌が雄に対する選好性を明らかにする目的で、Y字水路を用いて雌の選択行動を計測した。また、公募班と共同し、サケのベーリング海から日本へのルートを探るため、37個体にロガーを装着して放流した。
3) データ解析および数理モデル作成 ■オオミズナギドリの巣立ち幼鳥の渡り経路と、流跡線解析によるシミュレーション結果を比較した結果、幼鳥は海上風に流されるものの、真南に向かおうとしていることが判明した。■オオミズナギドリのナビゲーションの時空間的制約を明らかにし、論文として発表した（Shiomi et al. 2019）。■アデリーペンギンの放鳥実験の結果から、帰巣能力について論文で報告した（Shiomi et al. 2019）。

現在までの達成度 (区分)

2: おおむね順調に進展している

理由

鳥類に関しては、当初の計画以上に行動データを得ることができた。また、鳥類・魚類ともに、神経活動や酸化ストレスなどの生理情報を得ることができた。一方、新しいデバイスの開発が遅れたため、オオミズナギドリの幼鳥に対してGPS発信機を装着することができなかった。これらを鑑みて、おおむね順調に進んでいると判断した。

今後の研究の推進方策

(1) 次世代バイオロギングシステム開発
ログボットの開発が進み、前年度までに見られた安定性や防水性の確保ができてきた。来年度以降は、野生動物に積極的に搭載し、生態学的に有用なデータを得る。同時に、イベント駆動機構をより積極的に活用するアルゴリズムの開発を行う。
(2) 野外調査研究
大量データをもとにしたAI駆動型ナビゲーション解析を行うため、国内外のミズナギドリ目、ペンギン目、チドリ目などの海鳥類と、サケやニジマス等のサケ科魚類のナビゲーションをログボット含む多次元ロガーで測定する。海鳥類の繁殖期の行動や、サケのベーリング海から母川までの移動等の長距離ナビゲーションの多次元計測を行い、その際に利用している環境情報や内的情報を明らかにする。また、適宜動物の血液を採取して、ナビゲーション前後の酸化ストレスや染色体末端部テロメア長を計測し、ナビゲーションが与える生理的影響を定量する。
(3) データ解析および数理モデルの作成
得られたデータを解析し、数理モデルとして記述することによって、環境・内的状態から情報処理を経て移動経路として表出する過程を理解する。来年度は最終年度となるため、成果を論文として発表することにも注力する。

研究成果

• [国際共同研究] CONICET(アルゼンチン)
  • 国名: アルゼンチン
  • 外国機関名: CONICET
• [国際共同研究] Swansea University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Swansea University
• [国際共同研究] Oxford University(英国)
  • 国名: 英国
  • 外国機関名: Oxford University
• [雑誌論文] Differences in breeding success among neighbouring subcolonies correlate with egg size and quality of parental care (2019)
  • 著者名/発表者名: A. L. Fayet, M. Shirai, S. Matsumoto, A. V. Tatenhove, K. Yoda, A. Shoji
  • 雑誌名: Ornithological Science 巻: 18 ページ: 189-195
  • DOI: 10.2326/osj.18.189
  • 査読あり / 国際共著
• [雑誌論文] Temporal and spatial determinants of route selection in homing seabirds (2019)
  • 著者名/発表者名: K. Shiomi, K. Sato, N. Katsumata, K. Yoda
  • 雑誌名: Behaviour 巻: 156 ページ: 1165-1183
  • DOI: 10.1163/1568539X-00003560
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] A hybrid versatile method for state estimation and feature extraction from the trajectory of animal behavior (2019)
  • 著者名/発表者名: S. J. Yamazaki, K. Ohara, K. Ito, N. Kokubun, T. Kitanishi, D. Takaichi, Y. Yamada, Y. Ikejiri, F. Hiramatsu, K. Fujita, Y. Tanimoto, A. Yamazoe-Umemoto, K. Hashimoto, K. Sato, K. Yoda, A. Takahashi, Y. Ishikawa, A. Kamikouchi, S. Hiryu, T. Maekawa, K. D. Kimura
  • 雑誌名: Frontiers in Neuroscience 巻: 13 ページ: 626
  • DOI: 10.3389/fnins.2019.00626
  • 査読あり / オープンアクセス
• [雑誌論文] Homing ability of Adelie penguins investigated with displacement experiments and bio-logging (2019)
  • 著者名/発表者名: Shiomi K, Kokubun N, Shimabukuro U, Takahashi A
  • 雑誌名: Ardea 巻: 107 ページ: 333-339
  • DOI: 10.5253/arde.v107i3.a12
  • 査読あり
• [学会発表] オオミズナギドリの自由行動下における神経活動記録 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本部拓未、高橋晋、井出薫、依田憲
  • 学会等名: 日本生態学会第67回大会
• [学会発表] オオミズナギドリの 2 次元行動下における神経活動記録 (2020)
  • 著者名/発表者名: 本部拓未
  • 学会等名: 海鳥研究集会
• [学会発表] 移動・運動・生理の融合：育雛中の海鳥はどのような採餌戦略をとるのか？ (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山偲歩、水谷友一、依田憲
  • 学会等名: 日本動物行動学会38回大会
• [学会発表] Unraveling the foraging strategies of breeding seabirds by combining trajectory, activity, and physiology (2019)
  • 著者名/発表者名: 小山偲歩、水谷友一、依田憲
  • 学会等名: The 11th Asian Conference on Machine Learning
  • 国際学会
• [備考] 生物移動情報学
  • URL: http://navi-science.jp/