Die Evolutionsbiologie wurde von Charles Darwin definiert, aber er hatte seine Kritiker, wie Alfred Russel Wallace, der die Evolutionstheorie, wie wir sie heute kennen, ergänzte.
Nun hat die KI dank einer Studie ihre eigene Forschung zu dieser Debatte beigetragen. aktuelle Studie von der Universität Essex, veröffentlicht in Communications Biology.
Darwin und Wallace diskutierten darüber, was die bemerkenswerte Vielfalt, die wir in der Natur beobachten können, ausmacht, insbesondere die auffälligen Unterschiede zwischen Männchen und Weibchen derselben Art.
Starker Sexualdimorphismus und Dichromatismus ist oft bei Insekten und Vögeln am ausgeprägtesten.
Darwin schlug vor, dass das oft auffällige Aussehen der männlichen Mitglieder derselben Art auf sexuelle Selektion zurückzuführen ist, wobei die Weibchen ihre Partner nach ästhetischen Gesichtspunkten auswählen.
Wallace hielt dagegen, dass die natürliche Auslese, die auf beide Geschlechter einwirkt, die primäre Kraft ist, die diese Unterschiede hervorbringt.
Dr. Jennifer Hoyal Cuthill von der University of Essex und ihr Team haben sich auf den Weg gemacht, um die evolutionären Geheimnisse der atemberaubenden Schmetterlinge der Vogelflüglergruppe zu entschlüsseln
Als Dr. Hoyal Cuthill in einem Blogeintrag erklärtZum ersten Mal sind wir in der Lage, das sichtbare Ausmaß der Evolution zu messen, um zu prüfen, wie viel Variation in verschiedenen biologischen Gruppen und sowohl bei Männern als auch bei Frauen vorhanden ist.
Wie die Studie funktionierte
Die Forscher setzten KI ein, um eine beeindruckende Anzahl von 16.000 Fotos von Vogelflüglern aus dem Natural History Museum in London zu analysieren, die 35 Arten und 131 Unterarten repräsentieren.
Der Ablauf ist folgendermaßen:
- Kuratieren und Digitalisieren: Die umfangreiche Schmetterlingssammlung des Museums wurde sorgfältig kuratiert und digitalisiert, so dass hochwertige Fotos von männlichen und weiblichen Exemplaren zur Verfügung stehen.
- AI-Schulung: Die Forscher trainierten einen KI-Algorithmus namens ButterflyNet, um Bilder auf der Grundlage ihrer visuellen Ähnlichkeiten zu erkennen und zu gruppieren, so dass die KI Muster und Variationen unter den Schmetterlingen erkennen kann.
- Einbettung und Analyse: ButterflyNet erzeugte einen mehrdimensionalen "Schmetterlingsraum", in dem ähnliche Bilder zusammengefasst wurden, so dass die Forscher evolutionäre Beziehungen und Unterschiede zwischen Arten und Geschlechtern untersuchen konnten.
- Genetische Validierung: Um die biologische Bedeutung der KI-Ergebnisse zu bestätigen, wurden die maschinell erlernten Einbettungen mit genetischen Daten verglichen, um eine Übereinstimmung mit der Evolutionsgeschichte der Vogelflügler zu gewährleisten.
- Quantifizierung der sexuellen Variation: Das Team entwickelte ein neues Maß, die so genannte "sexuelle Ungleichheit", um das Ausmaß der Unterschiede zwischen Männern und Frauen zu quantifizieren und einen Einblick in die Beiträge der einzelnen Geschlechter zur Gesamtvielfalt zu erhalten.
Die Ergebnisse der Studie unterstützen sowohl Darwins als auch Wallaces Theorien.
Männliche Vogelflügler weisen im Allgemeinen ausgeprägtere Formen und Muster auf als weibliche, was mit Darwins Idee der sexuellen Selektion übereinstimmt.
Die Untersuchungen ergaben jedoch auch erhebliche Unterschiede zwischen den Weibchen, insbesondere bei der Gattung Troides.
Vor allem einige weibliche Schmetterlinge wiesen eine größere Vielfalt auf als ihre männlichen Gegenstücke, was Wallace' Hypothese stützt, dass die natürliche Auslese die Divergenz der weiblichen Phänotypen fördern kann.
Dr. Hoyal Cuthill erläuterte die Ergebnisse: "Vogelschwärmer werden als die schönsten Schmetterlinge der Welt bezeichnet. Diese Studie gibt uns neue Einblicke in die Entwicklung ihrer bemerkenswerten, aber gefährdeten Vielfalt."
Sie fügt hinzu: "Eine hohe sichtbare Vielfalt bei männlichen Schmetterlingen untermauert die reale Bedeutung der sexuellen Selektion durch die Partnerwahl der Weibchen für die männliche Variation, wie ursprünglich von Darwin vorgeschlagen. Fälle, in denen weibliche Schmetterlinge sichtbar vielfältiger sind als die Männchen ihrer Art, sprechen für eine zusätzliche, wichtige Rolle natürlich ausgewählter weiblicher Variation für die Vielfalt zwischen den Arten, wie von Wallace vorgeschlagen."
Dies ist nicht das erste Mal, dass KI auf die Evolutionsbiologie angewendet wird. Vor nicht allzu langer Zeit entwickelten Forscher der Colorado State University ein KI-System, um erforschen, wie Elefanten kommunizieren.
Forscher fanden heraus, dass Elefanten sich gegenseitig beim Namen rufen, ähnlich wie Menschen.
Einer der Eckpfeiler von Darwins Evolutionstheorie war, dass Tiere, wie auch der Mensch, Fähigkeiten wie die Sprache entwickelt haben, weil sie für ihr Überleben von ähnlichem Nutzen sind.
Die Autoren der Studie beschreiben, dass Elefanten aufgrund ihrer Notwendigkeit, in Gruppen zusammenzuarbeiten, wahrscheinlich ähnliche Kommunikationsmethoden wie Menschen entwickelt haben.
Wie Dr. Hoyal Cuthill von der Fakultät für Biowissenschaften beschreibt: "Dies ist eine aufregende Zeit, in der das maschinelle Lernen neue, groß angelegte Tests zu seit langem bestehenden Fragen der Evolutionswissenschaft ermöglicht."
