動物が森を通り抜けて誰も見ない場合、跡が残りますか? 100 年前は、残された手がかりを拾う方法はありませんでした。 しかし、DNA 技術、特に環境 DNA (eDNA) 検出機器の進歩により、科学者は、うんちに含まれる遺伝物質や、動物が脱落して残す微視的な皮膚や有毛細胞に基づいて、どの野生生物がその地域を訪れたかを収集できるようになりました。 生態系の生物多様性をできるだけ非侵襲的に測定しようとする生態学者にとって、eDNA は洞察の宝庫です。 たった 1 つのサンプルで複数の種の存在を捉えることができます。
しかし、eDNA の収集は簡単なことではありません。 森林は、容易にアクセスできないことが多い大きなオープン スペースであり (たとえば、キャノピーは到達しにくい)、eDNA はどこにでも潜んでいる可能性があります。 この大きな問題を解決する 1 つの方法は、森の特定の表面に焦点を合わせて eDNA をサンプリングし、小さなロボットを使って人間が立ち入ることができない場所に行くことです。 これは、スイス連邦工科大学チューリッヒ校、スイス連邦森林・雪・景観研究所 WSL、SPYGEN 社の研究者チームの主な戦略です。 彼らのアプローチに関する論文が今週ジャーナルに掲載されました サイエンス ロボティクス.
水生環境では、eDNA 収集ロボットが水を飲んだり泳いだりして仕事をします。 しかし、木のてっぺんにたどり着くには、研究者は飛行するドローン (向きを合わせるのが難しく、保護するのが難しい) を使用する必要があるだけでなく、これらのドローンはさまざまな表面にとまることができる必要もあります。
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スイスのチームが思いついたデザインは、浮遊するバスケット、またはおそらくミニチュアの空飛ぶ円盤のように見えます. 彼らは、この 2.6 ポンドの仕掛けを eDrone と名付けました。 これは、直径約 17 インチのリング メインフレームの下に伸びる 4 つの円弧で構成されるケージのような構造をしています。 リングとケージのようなボディは、バンパーカーの周りのリングのようなもので、4 つのプロペラを障害物から保護します。
操縦するために、eDrone はカメラと「触覚ベースの着陸戦略」を使用しており、論文によると、ロボットの本体にかかる力の位置と大きさを認識して、適切な行動方針を計画することができます。 . グリップを助けるために、滑り止め素材や各アークの底にあるカーボンカンチレバーなどの機能もあります。
しっかりと着陸すると、ドローンは各弧に粘着性のある素材を使用して、木の枝から eDNA サンプルを剥がし、後で分析できるように保管します。 小規模な概念実証の実行で、eDrone は 3 つの異なるファミリーの 7 本の木から eDNA サンプルを正常に取得することができました。 これは、樹種によって枝の形態が異なるためです (円筒形のものもあれば、より不規則な枝が突き出ているものもあります)。 さまざまな木には、さまざまな動物や昆虫も生息しています。
「物理的相互作用戦略は数値モデルから導き出され、模擬および実際の枝への着陸で実験的に検証されています」と研究者は論文に書いています。 「屋外着陸中に、eDNA は 7 つの異なる木の樹皮から首尾よく収集され、昆虫、哺乳類、鳥類を含む 21 の分類群の識別が可能になりました。」
ロボットはこれらの小規模な試験で意図した仕事をうまく行ったが、研究者は、テストしたもの以外の樹種、または風や曇り空などの環境条件の変化によってロボットの性能がどのように影響を受けるかについて、より広範な研究が必要であると指摘した。 . さらに、ロボットによる eDNA 収集は、森林から eDNA を分析するなどの他の方法と並んで、森林で eDNA をサンプリングするための追加の方法になる可能性があると彼らは提案しています。 溜まった雨水.
「これらのロボットが環境に住むことを可能にすることで、このバイオモニタリングパラダイムは地球規模の生物多様性に関する情報を提供し、生物圏が人間の活動や環境の変化にどのように反応するかを測定、理解、予測する能力を自動化する可能性があります」とチームは書いています.
以下のドローンの動作をご覧ください。