生物多様性データを一枚一枚オンラインで公開

1846 年 10 月 6 日、捕虜のフリードリヒ・アドルフ・ウィスリゼヌスは、人里離れたメキシコの町クシウイリアチ近くの岩だらけの丘陵地帯に植物採集に出かけた。彼と西方探検隊は米墨戦争勃発で捕らえられたが、セントルイスを拠点とする医師で博物学者の彼は、投獄中も研究を続けることにした。彼は深紅の野花を摘み取り、以降ヒューケラ・サンギネアと名付け、村まで歩いて戻った。

彼は、この細い植物を乾燥させて紙に貼り付けると、将来の植物学者が葉の両面を見ることができるように配置した後、新聞紙の間に挟みました。1847 年の春に釈放された後、彼はこの乾燥した植物と他の多くの植物をセントルイスに持ち帰り、友人で同僚の医師であるゲオルグ エンゲルマンに贈りました。そして、この場所には、鮮明な赤褐色の標本が残っています。これは植物学の歴史の一部であると同時に、ミズーリ植物園のマニラ フォルダーの森に保管されている約 630 万の標本のうちの 1 つであり、重要なデータでもあります。

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「生物多様性科学は、データ集約型、あるいはビッグデータとして見られることはあまりありません。しかし、私たちが持っているのは、他のすべての科学の基礎データです」と、MBG の生物多様性情報科学センター所長、クリス・フリーランド氏は言います。「これらの小さな植物、これらの情報は、地球上の生命に関する知識エコスフィアの一部であり、私たちはそれらすべてについてできる限りすべてを知る必要があります。」

標本を世界と共有することを目指して、アーカイブ管理担当者と植物学者のチームが、標本を一つ一つ丹念に撮影し、誰でもアクセスできるようにオンラインで公開しています。

ミズーリ植物園は、植物に関するデータの世界最大級の保管庫であり、データはさまざまな形で存在している。グーテンベルクの時代に遡る薬用植物マニュアルを含む希少な初版本、セントルイス市街地の中心部にある 79 エーカーの土地で一般公開されている生きた植物、そして世界中の植物種の形態、分布、および使用法の研究に使用されている 600 万点以上の乾燥標本 (見えない庭園) を所蔵している。ウィズリゼヌスとその同僚が収集したサンプルに加えて、この庭園には、チャールズ ダーウィン、ジェームズ クック、およびルイスとクラークの足跡をたどって西へ旅したほぼすべての博物学者が入手したコレクションもある。書籍からスキャンした画像、標本のラベルまで、このすべてのデータは数年以内にオンラインになる予定だとフリーランドは言う。庭園では、他の人がこれらすべてをマイニングするためのアプリを作成できるように API ツールも構築している。

ジム・ソロモン氏は、MBGの植物標本館（永久保存された植物部位のコレクション）の学芸員である。彼のオフィスのあらゆる場所には、 H. sanguineaなどの標本が入った12×16インチのマニラフォルダーが山のように積み上げられている。いくつかは赤い紐で縛られ、他のものは開いたままで複数の植物片が突き出ている。彼によると、この膨大な山は、MoBotのコレクション全体のほんの一部に過ぎない。世界中に37ある植物標本館のうち、おそらく4億枚のフォルダーがあるだろうと彼は見積もっている。「過去数世紀に地球上に生息した植物個体の総数からすると、これはごくわずかです」と彼は言う。「しかし、それが地球上の植物に関するすべての知識の主な情報源なのです。」

廊下の先には植物標本保管庫があり、可動式の棚が何列も並んでいる、どこの大学図書館にもあるような場所だ。ソロモンはオトギリソウ科の植物が入った列の上でホイールを回し、フクギ属の一種が入ったフォルダーに手を伸ばした。彼は4インチの革のような葉、節くれだった根、小さな丸い果実の房で覆われたカードを取り出した。ファイルフォルダーから取り出すとは思えない種類のもので、ビッグデータに通常関連付けられるようなアイテムでもない。

何十年もの間、このデータをマイニングしたい植物学者は、MBG または別の植物標本館に連絡して、郵便でサンプルを依頼しなければなりませんでした。植物データマイニングは通常、分類学の研究のために行われます。たとえば、マダガスカルの植物学者が、直立した茎、二形の葉、緑色の花粉を持つ興味深い植物を見つけ、それが別種なのか、それとも新しい交雑種なのかを知りたいとします。単純な形態学、つまり植物がどのように見えるかが、今でもこれを行うための主な方法です。この研究を支援するために、MBG のアーカイブ担当者は、貸与、寄贈、新規入手を含めて、年間約 10 万個のサンプルを回覧しています。しかし、こうした取り扱いによってサンプルが損傷する可能性があり、生物多様性が最も豊かな地域である開発途上国の植物学者にとって、この種の郵便を送受信することは困難です。これが、MBG が所有するすべての標本に関するデータをカタログ化してデジタル化する動機の一部です。

これまでに、チームは 390 万のサンプルを処理し、約 169,000 枚の画像をスキャンしました。ガルシニアのサンプルが明らかにしているように、すべての植物が都合よく平らなわけではないため、それ自体が特別な課題です。「ココナッツや巨大なアガベ、その他の大きくてかさばるものもあるので、特別な機器が必要です」とフリーランドは言います。MBG は英国の王立植物園と協力して、植物学者がズームやパンして詳細を確認できるように、超高解像度でサンプルをスキャンするための新しい画像機器を開発しています。

これらのコレクションが古臭く時代遅れに思われないように、現代の植物データは系統分類資料の形でも提供されていることを知っておいてください。分類学の研究の大部分は依然として形態学に基づいていますが、MBG には DNA 抽出のために特別に保存された約 11,000 のサンプルからなる DNA バンクがあります。植物学者は葉のサンプルを収集し、シリカゲルに保存して -20º C で保管します。この温度では、植物標本よりも高品質の DNA が得られる可能性が高くなります。DNA 抽出プロセスでは破壊される材料が多すぎるため、レガシー コレクションはこの方法でテストされないと Solomon 氏は言います。

MBG のさまざまなプロジェクトに関係するこのすべての作業は、他国の植物学者が在来植物を研究するのに役立ち、自然史家が 4 世紀にわたる植物の用途と分布を理解するのに役立ちます。

たとえば、この植物園は、地球上のあらゆる種に関するデータをカタログ化してオンラインで公開し、世界の生物多様性を研究するための単一のアクセス ポイントとして機能する「生命百科事典」プロジェクトに参加している 6 つの施設のうちの 1 つです。フリーランド氏は、自らをオープン アクセスの伝道者と称し、他の植物標本館や博物館にコレクションを可能な限りオープンに共有するよう奨励しています。最終的には、研究者がこれを使用して生命の網の目における新しいつながりをマッピングできるようになることを彼は望んでいます。

「私たちが記録したいのは、まさにその『なるほど』という瞬間です。私は、そこにその瞬間があるという確信を持っています。それがビッグデータの課題です。従来は、人々が外に出て植物を採集するという非常に人間中心の領域でしたが、今ではアルゴリズムを問題に投入しています」とフリーランド氏は言います。「利用できるデータが増えるほど、科学はより包括的になります。」