Η Τεχνητή Νοημοσύνη ξετυλίγει την εξέλιξη της πεταλούδας, ρίχνοντας φως στις εξελικτικές συζητήσεις

4 Ιουλίου 2024 10:13

Η εξελικτική βιολογία καθορίστηκε από τον Darwin , αλλά είχε τους επικριτές του, όπως ο William Darwin, ο οποίος πρόσθεσε τη θεωρία της εξέλιξης όπως την ξέρουμε σήμερα.

Τώρα, η τεχνητή νοημοσύνη έχει συνεισφέρει τη δική της έρευνα σε αυτή τη συζήτηση χάρη σε μια πρόσφατη μελέτη από το Πανεπιστήμιο του Essex που δημοσιεύθηκε στο Communications Biology.

Ο Darwin και ο Darwin συζητούσαν τι οδηγεί στην αξιοσημείωτη ποικιλομορφία που παρατηρούμε στη φύση, ιδίως τις εντυπωσιακές διαφορές μεταξύ αρσενικών και θηλυκών του ίδιου είδους.

Ο έντονος σεξουαλικός διμορφισμός και διχρωμία είναι συχνά πιο εμφανής στα έντομα και τα πτηνά.

Ο Darwin πρότεινε ότι η συχνά φανταχτερή εμφάνιση των αρσενικών μελών του ίδιου είδους οφείλεται στη σεξουαλική επιλογή, με τα θηλυκά να επιλέγουν τους συντρόφους τους με βάση τις αισθητικές τους προτιμήσεις.

Ο Wallace, ωστόσο, αντέτεινε ότι η φυσική επιλογή, που δρα και στα δύο φύλα, ήταν η πρωταρχική δύναμη που διαμόρφωσε αυτές τις διαφορές.

Η Dr. Hoyal Cuthill από το Πανεπιστήμιο του Έσσεξ και η ομάδα της ξεκίνησαν μια αποστολή για να αποκαλύψουν τα εξελικτικά μυστικά των εκπληκτικών πεταλούδων της ομάδας των πτηνών

Όπως εξήγησε η Dr. Hoyal Cuthill σε ανάρτηση στο ιστολόγιο, “για πρώτη φορά, είμαστε σε θέση να μετρήσουμε τις ορατές εκτάσεις της εξέλιξης για να ελέγξουμε πόση παραλλαγή υπάρχει σε διάφορες βιολογικές ομάδες και μεταξύ αρσενικών και θηλυκών“.

Πώς λειτούργησε η μελέτη

Οι ερευνητές χρησιμοποίησαν Τεχνητή Νοημοσύνη για να αναλύσουν 16.000 φωτογραφίες πεταλούδων birdwing, που αντιπροσωπεύουν 35 είδη και 131 υποείδη, από το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας του Λονδίνου.

Ακολουθεί η διαδικασία:

1. Επιμέλεια και ψηφιοποίηση: Η εκτεταμένη συλλογή πεταλούδων birdwing του μουσείου επιμελήθηκε και ψηφιοποιήθηκε προσεκτικά, παρέχοντας φωτογραφίες υψηλής ποιότητας τόσο αρσενικών όσο και θηλυκών δειγμάτων.
2. Εκπαίδευση ΤΝ: Οι ερευνητές εκπαίδευσαν έναν αλγόριθμο τεχνητής νοημοσύνης που ονομάζεται ButterflyNet για να αναγνωρίζει και να ομαδοποιεί εικόνες με βάση τις οπτικές ομοιότητές τους, επιτρέποντας στην τεχνητή νοημοσύνη να εντοπίζει μοτίβα και παραλλαγές μεταξύ των πεταλούδων.
3. Ενσωμάτωση και ανάλυση: Το ButterflyNet δημιούργησε έναν πολυδιάστατο “χώρο πεταλούδων” όπου παρόμοιες εικόνες ομαδοποιήθηκαν, επιτρέποντας στους ερευνητές να εξετάσουν τις εξελικτικές σχέσεις και τις διαφορές μεταξύ ειδών και φύλων.
4. Γενετική Επικύρωση: Τα αποτελέσματα της τεχνητής νοημοσύνης συγκρίθηκαν με γενετικά δεδομένα. Αυτό σημαίνει ότι οι επιστήμονες εξέτασαν αν οι ενσωματώσεις που παρήγαγε η AI συμφωνούν με την γενετική πληροφορία και την εξελικτική ιστορία των πεταλούδων Birdwing.
5. Ποσοτικοποίηση της σεξουαλικής διακύμανσης: Η ομάδα ανέπτυξε ένα νέο μέτρο που ονομάζεται “διαφορά σεξουαλικής ανισότητας” για την ποσοτικοποίηση της έκτασης της παραλλαγής μεταξύ αρσενικών και θηλυκών, παρέχοντας πληροφορίες σχετικά με τη συμβολή κάθε φύλου στη συνολική ποικιλομορφία.

Τα ευρήματα της μελέτης υποστήριξαν τόσο τις θεωρίες του Darwin όσο και του Wallace

Οι αρσενικές πεταλούδες birdwing παρουσίαζαν γενικά πιο ευδιάκριτα σχήματα και μοτίβα σε σύγκριση με τις θηλυκές, ευθυγραμμιζόμενες με την ιδέα του Darwin για τη σεξουαλική επιλογή.

Ωστόσο, η έρευνα αποκάλυψε επίσης σημαντικές διαφοροποιήσεις μεταξύ των θηλυκών, ιδίως στο γένος Troides.

Η Dr. Hoyal Cuthill εξήγησε τα ευρήματα: “Οι birdwings έχουν περιγραφεί ως από τις πιο όμορφες πεταλούδες στον κόσμο. Η μελέτη αυτή μας δίνει νέες πληροφορίες για την εξέλιξη της αξιοσημείωτης αλλά απειλούμενης ποικιλομορφίας τους”.

Και προσθέτει: “Η υψηλή ορατή ποικιλομορφία μεταξύ των αρσενικών πεταλούδων υποστηρίζει την πραγματική σημασία της σεξουαλικής επιλογής από την επιλογή συντρόφου από τα θηλυκά στην ποικιλομορφία των αρσενικών, όπως είχε αρχικά προτείνει ο Darwin. Περιπτώσεις όπου οι θηλυκές πεταλούδες είναι πιο ορατά ποικιλόμορφες από τα αρσενικά του είδους τους, υποστηρίζουν έναν πρόσθετο, σημαντικό ρόλο της φυσικά επιλεγμένης θηλυκής ποικιλότητας στην ποικιλότητα μεταξύ των ειδών, όπως πρότεινε ο Wallace”.

Αυτή δεν είναι η πρώτη φορά που η τεχνητή νοημοσύνη εφαρμόζεται στην εξελικτική βιολογία. Πριν από λίγο καιρό, ερευνητές από το Πολιτειακό Πανεπιστήμιο του Κολοράντο ανέπτυξαν ένα σύστημα τεχνητής νοημοσύνης για να διερευνήσουν τον τρόπο επικοινωνίας των ελεφάντων.

Οι ερευνητές διαπίστωσαν ότι οι ελέφαντες αποκαλούν ο ένας τον άλλον με το όνομά του, όπως και οι άνθρωποι.

Ένας από τους ακρογωνιαίους λίθους της θεωρίας της εξέλιξης του Darwin ήταν ότι τα ζώα, όπως και οι άνθρωποι, ανέπτυξαν δεξιότητες όπως η γλώσσα για παρόμοια οφέλη στην επιβίωσή τους.

Οι συγγραφείς της μελέτης περιέγραψαν ότι οι ελέφαντες πιθανότατα ανέπτυξαν παρόμοιες μεθόδους επικοινωνίας με τους ανθρώπους λόγω της ανάγκης τους να κοινωνικοποιούνται και να συνεργάζονται σε ομάδες.

Όπως περιέγραψε η Dr. Hoyal Cuthill: “Πρόκειται για μια συναρπαστική εποχή, όπου η μηχανική μάθηση επιτρέπει νέες, μεγάλης κλίμακας δοκιμές μακροχρόνιων ερωτημάτων στην εξελικτική επιστήμη”.