人工知能技術を使用した最新の世界規模のリモートセンシング研究は、世界の海洋表面の浮遊藻類が急速に拡大していることを示しており、海洋生物システムが深刻な変化を遂げている可能性があることを示しています。研究チームは、この傾向は海水温、海流、栄養パターンの変化と密接に関係しており、将来的に海洋生態学、観光、沿岸経済に広範な影響を与える可能性があると指摘した。南フロリダ大学と米国海洋大気局（NOAA）の科学者らが主導したこの研究は、極めて大規模な海洋観測データの処理における人工知能の重要な役割を浮き彫りにしている。
研究者らが巨視的な藻筏と微細藻類の表面膜を対象に、海面の浮遊藻類を地球規模で系統的に分析し、過去20年間にわたる浮遊藻類の分布と変化の全体像を明らかにしたのは今回が初めてである。論文の責任著者で南フロリダ大学海洋科学部の海洋学教授であるフー・チュアンミン氏は、今日の地球規模の海洋環境は一般に浮遊大型藻類の成長に適していることが研究結果で示されていると述べた。同氏は、公海の環境では、海草や褐藻などの大型藻類がさまざまな海洋生物に生息地を提供し、漁業の重要な苗床として機能し、生態学的にプラスの効果をもたらしていると指摘した。しかし、これらの藻類の塊が海流によって沿岸地域に運ばれると、その大量の死滅と腐敗が観光地の景観に損害を与え、地域経済に影響を与え、沿岸住民と海洋生物の健康を脅かすことになります。
この研究は2003年から2022年までの衛星観測データを使用し、海面上の微細藻類の膜と浮遊する大型藻類の塊の両方が世界的に増加していることを発見した。統計によると、微細藻類の生息域は年間約 1% の割合で着実に増加しており、一部の海域では大型藻類がさらに急速に拡大しています。大西洋と西太平洋の熱帯地域では、年間成長率が 13.4% にも達しており、特に 2008 年以降、その成長率は大幅に加速しています。研究期間の終わりまでに、世界の海面微細藻類の発生地域の総面積は4,380万平方キロメートル（約1,690万平方マイル）に達し、以前の歴史的な分布パターンから大きく逸脱しました。研究チームは、これらの数字が「大型藻類の少ない」海洋から「大型藻類が豊富な」海洋への「体制移行」を示していると考えている。
時系列から判断すると、巨視的浮遊藻類の大規模発生は 2010 年前後の複数の重要な転換点で出現しました。2008 年に黄海でエンテロモルファ属の大規模な緑藻類の発生が初めて記録されました。 2011年、熱帯大西洋で大規模な褐藻類ホンダワラの大発生が発生した。そして2012年には東シナ海で別の大規模なホンダワラ現象が発生した。胡伝民氏は、伝統的な意味でのホンダワラを除けば、2008年以前には浮遊大型藻類のこれほど大規模な発生を経験した地域はほとんどなかったと指摘した。現在、同様の現象が複数の海域で繰り返されており、研究者らは、世界の海洋が大量の浮遊大型藻類を特徴とする新たな段階に入りつつあると信じる理由を与えている。
この研究を完成させる鍵は、ディープラーニングなどの人工知能技術の応用にあります。研究チームは、13 の典型的な海域と 5 種類の浮遊藻類を対象に深層学習モデルをトレーニングし、約 120 万枚の衛星海洋画像をピクセルごとに識別しました。浮遊藻類は、多くの場合、単一の衛星画像内のピクセルの非常に小さな部分、または 1% 未満しか占めていないことが多く、その空間分布は高度に断片化されているため、従来のアルゴリズムでは容易にノイズに圧倒されてしまいます。 AI モデルは、微妙な「視覚信号」を自動的に抽出して分類することで、地球規模で手動で識別するのが難しいこれらの藻類の痕跡を排除することができます。
この論文の筆頭著者であり、国家環境衛星データ情報サービス（NESDIS）の衛星応用研究センターの海洋学者でもあるQi Lin氏は、以前のチームのモデルに基づいて改良を加え、20年分の全球の海洋リモートセンシングデータを効率的に処理できるようにした。モデルのトレーニング自体には数か月かかり、数百万の画像特徴を分析して最適化する必要があります。この研究では、複数の画像セットの並列処理を実現するために、南フロリダ大学リサーチ コンピューティング センターが提供する高性能コンピューティング プラットフォームも利用しました。このインフラストラクチャのサポートがあっても、120 万枚の画像の分析タスクを完了するにはまだ数か月かかりました。ジーリング氏は、このコンピューティングプラットフォームと、NOAAと南フロリダ大学との長期的かつ安定した協力がなければ、この研究はほぼ不可能であると強調した。
推進要因という点では、人間の活動と気候変動が浮遊藻類の発生拡大の2つの主な原因であると研究は考えている。河川や沿岸地域から流出した栄養塩は継続的に海に運ばれ、海面の窒素、リン、その他の栄養元素の含有量が増加し、藻類に十分な「肥料」を提供します。同時に、地球温暖化により海洋の温度が上昇し続け、海水の層構造や海流パターンが変化し、一部の海域では藻類の急速な繁殖に適した熱的かつ動的条件が生み出されています。研究チームは、特定の駆動メカニズムは地域によって大きく異なる可能性があり、より地域的な観察やシミュレーションを行って分解する必要があると指摘した。
生態学的観点から見ると、浮遊大型藻類は、一方ではホンダワラ魚を含むさまざまな海洋生物に隠れ家を提供し、地域の生物多様性と漁業資源を増加させます。その一方で、海岸に運ばれる際に生成される大量の腐植土は、海岸を「藻類で水没」させ、溶存酸素を消費し、分解過程で有害なガスを放出し、沿岸水域の富栄養化と低酸素症のリスクを悪化させます。海辺の観光に依存している沿岸地域のコミュニティにとって、大規模な藻類の蓄積は景観を破壊するだけでなく、清掃やメンテナンスのコストを押し上げ、ホテル、レストラン、その他の関連産業に連鎖的な影響を与えます。一部の低所得沿岸地域では、このような生態学的現象が気候ストレスによってさらに悪化し、脆弱な地域社会の生活保障にさらなる課題をもたらしています。
研究チームは将来に向けて、より多くの衛星観測データをさらに統合して、さまざまな海域やさまざまな藻類種の拡大パターンを精緻化し、AI認識結果と海洋数値モデルを組み合わせて、浮遊藻類塊の形成、漂流、着地の予測能力を向上させることを計画しています。 Qi Lin氏は、次のステップでは、沿岸ガバナンスと適応的管理のためのより的を絞った科学的根拠を提供するために、各地域における主な推進要因の相対的な重みを明らかにすることに焦点を当てると述べた。報告書によると、「世界的な浮遊藻類のブルームが拡大している」と題されたこの研究は、2025年12月に『Nature Communications』誌に掲載され、気候変動の文脈における海洋表面の生態学的パターンの急速な再形成をさらに浮き彫りにした。