生物多様性情報学

生物多様性情報学は、分類学、生物地理学、生態学などの生物多様性情報に情報科学技術を応用したものです。これは、情報技術を、生命、特に種レベルの組織に関する一次データの管理、アルゴリズムによる探索、分析、解釈に応用することと定義されます。 ^[1]現代のコンピュータ技術は、既存の情報を表示および分析する新しい方法や、将来の状況を予測する方法を生み出します（ニッチモデリングを参照）。生物多様性情報学は、1992年頃に造られたばかりの用語ですが、データセットが急速に増加するにつれて、分類データベースや地理情報システムの構築など、多くの研究やアプリケーションで役立つようになりました。生物多様性情報学は、「バイオインフォマティクス」とは対照的です。バイオインフォマティクスは、分子生物学の専門分野でデータのコンピュータ処理と同義でよく使用されます。

生物多様性情報科学 (バイオインフォマティクスとは異なりますが、関連があります) は、一次生物多様性データの整理、アクセス、視覚化、分析の問題に情報技術手法を適用することです。一次生物多様性データは、標本の名前、観察、記録、および標本に関連する遺伝的および形態学的データで構成されます。生物多様性情報科学では、環境サンプリングや混合フィールド サンプルの配列決定によって生成されるような、名前のない分類群の情報の管理にも対処する必要があります。生物多様性情報科学という用語は、種名や権威などの識別子のさまざまな表現に対処するアルゴリズムの開発、および分野のさまざまな作業者の好みに応じてこれらのエンティティが存在する可能性のある複数の分類体系、および分類データベースのコンテンツを生物多様性情報科学の目的で機械によるクエリと相互運用を可能にする構文とセマンティクスなど、生物実体の名前に固有の計算上の問題をカバーするためにも使用されます...

生物多様性情報学は、1970年代初頭に最初のコンピュータ化された分類データベースが構築されたことから始まったと考えられています。その後、1990年代後半にかけて、カンザス大学のSpecies Analyst、北米生物多様性情報ネットワークNABIN、メキシコのCONABIO、コスタリカのINBioなどを含む分散検索ツールの開発を経て進歩しました。 ^{[2] 2001年には}地球規模生物多様性情報施設が設立され、1980年代半ば以降はデジタル化された生物多様性データを操作するさまざまなニッチモデリングやその他のツールが並行して開発されました（例：^[3]を参照）。 2000年9月、米国の科学誌『サイエンス』は「生物多様性のためのバイオインフォマティクス」特集号を刊行し^{[4] 、2004年には『}生物多様性インフォマティクス』誌の刊行が開始され、2000年代を通じて、2009年6月のロンドンe-Biosphere会議など、生物多様性インフォマティクスの専門家が集まる国際会議がいくつか開催されました。2009年11月に発行されたBMCバイオインフォマティクス誌の補足（第10巻補足14号^[5]）も生物多様性インフォマティクスを扱っています。

ウォルター・ベレンソンが再現した書簡によると、^[6]「生物多様性情報学」という用語は、カナダ生物多様性情報学コンソーシアムとして知られる団体の活動をカバーするために、ジョン・ホワイティングによって1992年に造られた。この団体は、環境経済と地理空間情報をGPSとGISの形で融合させることに取り組んでいるグループである。その後、この用語はGPS/GISの世界との義務的なつながりを失い、生物多様性情報のあらゆる側面のコンピュータ化された管理に関連付けられるようになったようだ（例えば、^[7]を参照）。

生物多様性情報学の主要な目標の1つは、現在世界で認識されている種の完全なマスターリストを作成することです。この目標は、2022年の年次チェックリストに200万種を超える種をリストアップしたカタログオブライフプロジェクトによって、ほぼ達成されました。 ^[8]化石分類群に関する同様の取り組みである古生物学データベース^[9]には、化石種の総数が不明な中、約10万以上の種の名前が記録されています。

種には二名法、属および上位ランクには一名法を用いるリンネの命名法の適用は、多くの利点をもたらしたが、同名語（複数の分類群に、意図せずまたは正当に、複数の界にまたがって複数の分類群に同じ名前が使用されていること）、同義語（同じ分類群に複数の名前が使用されていること）、および綴りの違い、軽微な綴りの誤り、著者名と日付の引用方法のばらつきなどによる同じ名前の異なる表現などの問題ももたらした。さらに、分類学上の意見の変化（たとえば、種の正しい属の位置付け、または亜種から種ランクへの昇格、またはその逆）により、名前が時間とともに変わることがあり、また、分類群の限定は、異なる著者の分類概念に従って変わることもある。この問題の解決策として提案されているのは、マシン間通信の目的でライフサイエンス識別子（LSID）を使用することだが、このアプローチには賛成派と反対派の両方がある。

生物はさまざまな方法で分類できます (メインページ「生物学的分類」を参照)。そのため、ユーザーのニーズに合わせて単一または複数の分類を組み込むこと、または単一の「好ましい」システムにユーザーを誘導することを目的とした生物多様性情報システムの設計上の問題が発生する可能性があります。単一のコンセンサス分類システムが実現できるかどうかはおそらく未解決の問題ですが、カタログオブライフはこの分野での活動を委託しており^[10]、 2015 年に M. Ruggiero と同僚によって提案された公開されたシステムがそれに引き継がれています。^[11]

生物多様性マップは、空間的な生物多様性データを地図上に表現します。 ^{[12]このデータは、}生物多様性保全活動を支援するために、種のチェックリストと組み合わせて使用​​できます。生物多様性マップは、種の分布と範囲の変化のパターンを明らかにするのに役立ちます。これは、生物多様性の喪失、生息地の劣化、または種の構成の変化を反映している可能性があります。都市開発データと組み合わせると、マップは生物多様性に影響を与える可能性のあるシナリオをモデル化することで、土地管理に情報を提供できます。

生物多様性マップは様々な方法で作成できます。伝統的に分布マップは文献報告に基づいて手描きされていましたが、市民科学プロジェクト（例：iNaturalist）やデジタル化された博物館コレクション（例：VertNet）などの大規模データが使用されることが増えています。ArcGISなどのGISツールやdismoなどのRパッケージは、特に種の分布モデリング（生態学的ニッチモデリング）に役立ち、生態学的変化が生物多様性に与える影響を予測することもできます。^[13] GBIF、OBIS、IUCNは、多くの既存の生物多様性マップのソースとなる種の空間的・時間的データの大規模なWebベースのリポジトリです。

「一次」生物多様性情報とは、種（または認識可能な分類群）の発生と多様性に関する基本データであり、通常は空間、時間、またはその両方での分布に関する情報と関連しています。このような情報は、博物館や植物標本館の自然史コレクションに集められた保存標本や関連情報の形である場合もあれば、プロの生物学者や学生が行った正式な動物相や植物相の調査からの観察記録、またはアマチュアやその他の計画的または計画外の観察（市民科学の範囲にますます含まれるものを含む）の形である場合もあります。この膨大な種類の一次データへのオンラインで一貫したデジタルアクセスを提供することは、地域および世界の生物多様性データネットワークの中核となる中核的な生物多様性情報学機能であり、後者の例にはOBISやGBIF があります。

生物多様性データの二次情報源として、関連する科学文献は、人間によって、または（潜在的には）専門的な情報検索アルゴリズムによって解析され、そこに報告されている関連する一次生物多様性情報を抽出することができます。これらの情報は、集約された/要約された形式である場合もありますが、多くの場合、物語形式または表形式の一次観察として抽出されます。このような活動の要素（主要な分類識別子の抽出、キーワード/索引用語など）は、選択された学術データベースや検索エンジンによって、長年にわたって高度なレベルで実践されてきました。ただし、生物多様性情報科学の価値を最大限に高めるには、理想的には実際の一次発生データを取得し、標準化された形式で利用できるようにする必要があります。たとえば、PlaziプロジェクトとINOTAXAプロジェクトはどちらも、分類文献をクライアントアプリケーションで読み取れるXML形式に変換しています。前者はTaxonX-XML ^[15]を使用し、後者はtaXMLit形式を使用しています。生物多様性遺産図書館は、著作権が切れた分類文献の大部分をデジタル化するという目標でも大きな進歩を遂げており、その後、光学文字認識(OCR) により生物多様性情報科学ツールを使用したさらなる処理が可能になる予定です。

他のデータ関連分野と同様に、生物多様性情報学は、その特定領域内での機械間伝送と情報の相互運用性をサポートするために、適切な標準とプロトコルを採用することで恩恵を受けています。関連する標準の例には、1998年以降に開発された標本および観察に基づく生物多様性データ用のDarwin Core XML スキーマとその拡張である Taxonomic Concept Transfer Schema ^[16] 、構造化記述データ^[17]および Access to Biological Collection Data (ABCD) ^{[18]の標準があります。一方、データ検索および転送プロトコルには、DiGIR (現在ではほとんど置き換えられています) や TAPIR (TDWG Access Protocol for Information Retrieval) [19]}があります。これらの標準とプロトコルの多くは現在、生物多様性情報標準 (TDWG)によって維持管理され、その開発が監督されています。

2009年に英国で開催されたe-Biosphere会議^[20]では、以下のテーマが採択されました。これは、現在の生物多様性情報科学の活動の幅広い範囲と、それらがどのように分類されるかを示しています。

• 用途: 保全 / 農業 / 漁業 / 工業 / 林業
• 用途: 侵略的外来種
• 応用: 系統的および進化生物学
• 応用: 分類と識別システム
• データ管理とアクセスのための新しいツール、サービス、標準
  • 新しいモデリングツール
  • データ統合のための新しいツール
  • 生物多様性インフラへの新たなアプローチ
  • 種の同定への新たなアプローチ
  • 生物多様性マッピングへの新たなアプローチ
• 国および地域の生物多様性データベースとネットワーク

生物多様性情報学の重要な役割を担う主要人物による会議後のワークショップでは、生物多様性情報学の基礎となるリソース（リポジトリ、コレクションなど）の永続的でグローバルなレジストリを作成すること、強固な分類インフラストラクチャの構築を完了すること、生物多様性データのオントロジーを作成することなどの必要性を強調したワークショップ決議も作成されました。^[21]

グローバル：

• 地球規模生物多様性情報機構（GBIF）および海洋生物地理情報システム （OBIS）（海洋生物種向け）
• Species 2000、ITIS（統合分類情報システム）、およびカタログオブライフプロジェクト
• グローバル名
• EOL、生命百科事典プロジェクト
• 生命のバーコードプロジェクトコンソーシアム
• 生命の地図プロジェクト
• 爬虫類データベースプロジェクト
• AmphibiaWeb プロジェクト
• ウッズホール海洋生物学研究所の uBio ユニバーサル生物学インデクサーおよびオーガナイザー
• クラリベイト・アナリティクスの生物名索引（ION）は、動物学記録に索引付けされた多数のジャーナルの分類群の学名へのアクセスを提供します。
• 海洋および非海洋属暫定登録簿( IRMNG)
• ZooBank 、動物学における命名行為と関連する体系的文献の登録簿
• 国際植物命名規約に定められた生物の属名をまとめた索引「Index Nominum Genericorum」は、米国のスミソニアン協会が管理している。
• 国際植物名索引
• MycoBank 、菌類の新しい名前と組み合わせを記録する
• 命名法上の原核生物名リスト ( LPSN ) -国際細菌命名規約に基づく、細菌および古細菌の有効な名前の公式登録簿
• 生物多様性遺産図書館プロジェクト - 生物多様性に関する文献のデジタル化
• Wikispecies、オープンソース（コミュニティ編集可能）の分類情報の編集、Wikipedia の関連プロジェクト
• TaxonConcept.orgは、異なる種のデータベースを結びつけるリンクデータプロジェクトです。
• 自然科学研究所。コロンビア国立大学。仮想コレクションと生物多様性情報学ユニット
• ANTABIF。南極生物多様性情報施設は、南極条約の精神に基づき、南極生物多様性データへの無料かつオープンなアクセスを提供します。
• Genesys 、国内、地域、国際遺伝子バンクに保管されている植物遺伝資源のデータベース
• VertNet は、世界中のデータセットから脊椎動物の一次発生データにアクセスします。

地域/国家プロジェクト:

• 動物相ヨーロッパ
• オーストラリアの生きた地図帳
• 汎ヨーロッパ生物種ディレクトリ基盤(PESI)
• 共生者
• iDigBio、統合デジタルバイオコレクション（米国）
• i4Lifeプロジェクト
• コロンビア生物多様性システム情報システム
• インド生物多様性ポータル (IBP)
• ブータン生物多様性ポータル (BBP)
• 西インド洋における雑草の識別と知識 (WIKWIO)
• LifeWatch は、生物多様性の研究と政策立案を支援するための汎ヨーロッパの研究 (e-) インフラストラクチャとして ESFRI によって提案されています。
• バーモント生命の地図

現在行われている600以上の生物多様性情報学関連活動のリストは、TDWGの「世界の生物多様性情報プロジェクト」データベースに掲載されています。^[22]

• ウェブベースの分類
• 生物多様性データベース一覧

• OECDメガサイエンスフォーラム生物情報科学作業部会（1999年）。OECDメガサイエンスフォーラム生物情報科学作業部会最終報告書、1999年1月。pp. 1–74。2009年3月5日時点のオリジナルよりアーカイブ。 2018年3月21日閲覧。
• Canhos, VP; Souza, S.; Giovanni, R. & Canhos, DAL (2004). 「地球規模の生物多様性情報学: 生態学的モデリングの「新しい世界」への舞台設定」.生物多様性情報学. 1 : 1–13. doi : 10.17161/bi.v1i0.3 .
• Soberón, J. & Peterson, AT (2004). 「生物多様性情報科学: 一次生物多様性データの管理と適用」. Phil. Trans. R. Soc. Lond . B359 (1444): 689–698. doi :10.1098/rstb.2003.1439. PMC 1693343.  PMID 15253354  .
• Chapman, AD (2005). 一次種分布データの利用(PDF) . コペンハーゲン: 地球規模生物多様性情報機構。pp. 1–106。2010-02-16にオリジナル(PDF)からアーカイブ。2009-08-12に取得。
• ジョンソン、NF (2007)。「生物多様性情報科学」。Annual Review of Entomology。52 : 421–438。doi : 10.1146 /annurev.ento.52.110405.091259。PMID 16956323  。
• Sarkar, IN (2007). 「生物多様性情報学: 生命のスペクトル全体にわたる情報の整理とリンク」.バイオインフォマティクスのブリーフィング. 8 (5): 347–357. doi : 10.1093/bib/bbm037 . hdl : 1912/1781 . PMID  17704120.
• Guralnick, RP; Hill, A (2009). 「生物多様性情報学: 地球規模の生物多様性のパターンとプロセスを文書化するための自動化アプローチ」.バイオインフォマティクス. 25 (4): 421–428. doi : 10.1093/bioinformatics/btn659 . PMID  19129210.

• 生物多様性情報学（ジャーナル）