チューリッヒ工科大学、特殊なドローンで樹木から環境DNAを採集

生態学者は、環境DNA（eDNA）と呼ばれる、環境に取り残された生物が残した遺伝物質の痕跡を、生物多様性の目録作成やモニタリングに利用することが増えている。このDNAの痕跡をもとに、研究者はある地域にどのような種が生息しているかを判断することができる。

水や土壌からサンプルを採取するのは簡単だが、森林の樹冠などの生息環境に研究者がアクセスするのは難しい。その結果、探索が不十分な地域では、多くの種が追跡できないままになっている。

ETH Zurich、スイス連邦森林・雪・景観研究所（WSL）の研究者とSPYGEN社が提携し、木の枝についたサンプルを自律的に収集できる特殊なドローンを開発した。

ドローンによる試料採取の仕組み

ドローンには粘着ストリップが装備されており、機体が枝に着地すると枝の物質がこのストリップに付着した。研究者は、研究室でDNAを抽出し、それを分析し、データベースの比較を使って、さまざまな生物の遺伝的一致を割り出すことができる。

しかし、枝はどれも同じというわけではなく、太さや弾力性が異なる。また、枝はドローンが着地すると曲がったり、反発したりします。ドローンが自律的に枝に接近し、サンプルを採取するのに十分な時間、枝の上で安定した状態を維持できるように機体をプログラムすることは、ロボット工学の研究者にとって大きな挑戦だったという。

ETH ZurichおよびWSLで環境ロボティクスを教えるStefano Mintchev教授によると、枝への着陸には複雑な制御が必要だという。当初、ドローンは枝の柔軟性を知らないため、研究者たちは力検知用のケージを装着した。これにより、ドローンは現場でこの要素を測定し、飛行操縦に取り入れることができる。

チューリッヒ動物園で熱帯雨林の作業を準備中

研究者たちは、7種の樹木でこの新しい装置をテストした。その結果、鳥類、哺乳類、昆虫など、21の異なる生物グループ（分類）のDNAが検出された。Science Robotics誌に掲載されたばかりのこの研究の共著者であるMintchev氏は「このことは、収集技術が有効であることを示すものであり、心強いことです」と説明する。

研究者たちは現在、このドローンをさらに改良し、シンガポールの熱帯雨林100ヘクタールで、24時間以内にできるだけ多くの異なる種を検出することを目的とした競技会に備えたいと考えているという。

Mintchev氏と彼のチームは、競技会で使用するのと同じような条件下でドローンの効率をテストするために、現在チューリッヒ動物園のマソアラ熱帯雨林で作業を行っている。

しかし、このイベントのために、採集装置はより効率的になり、より速く動けるようにならなければならない。スイスでのテストでは、ドローンは3日間で7本の木から材料を採取した。シンガポールでは、わずか1日でその10倍の木に飛んでいってサンプルを採取できるようにする必要があるが、自然の熱帯雨林でサンプルを収集することは研究者にとってさらに困難な課題だという。頻繁に降る雨でeDNAは表面から洗い流され、風や雲はドローンの操作の妨げになるという。

Mintchev氏：したがって、私たちのサンプリング方法が熱帯地方の過酷な条件下でも有効であることが証明されるかどうか、非常に興味があります。