La biologie de l'évolution a été définie par Charles Darwin, mais il avait ses détracteurs, comme Alfred Russel Wallace, qui a ajouté la théorie de l'évolution telle que nous la connaissons aujourd'hui.
Aujourd'hui, l'IA a apporté sa contribution à ce débat grâce à un projet de recherche sur l'intelligence artificielle. étude récente de l'université d'Essex, publiée dans Communications Biology.
Darwin et Wallace ont débattu des causes de la remarquable diversité que nous observons dans la nature, en particulier des différences frappantes entre les mâles et les femelles d'une même espèce.
Le fort dimorphisme sexuel et le dichromatisme sont souvent plus marqués chez les insectes et les oiseaux.
Darwin a proposé que l'apparence souvent flamboyante des mâles d'une même espèce résulte de la sélection sexuelle, les femelles choisissant leurs partenaires en fonction de leurs préférences esthétiques.
Wallace, quant à lui, a répondu que la sélection naturelle, agissant sur les deux sexes, était la principale force à l'origine de ces différences.
Le Dr Jennifer Hoyal Cuthill de l'université d'Essex et son équipe se sont lancés dans une mission visant à percer les secrets de l'évolution des étonnants papillons du groupe de l'aile d'oiseau.
En tant que Dr. Hoyal Cuthill a expliqué dans un billet de blogPour la première fois, nous sommes en mesure de mesurer l'étendue visible de l'évolution afin d'évaluer l'ampleur de la variation dans différents groupes biologiques et parmi les mâles et les femelles.
Fonctionnement de l'étude
Les chercheurs ont utilisé l'IA pour analyser un nombre impressionnant de 16 000 photographies de papillons à ailes d'oiseau, représentant 35 espèces et 131 sous-espèces, provenant du Musée d'histoire naturelle de Londres.
Voici comment procéder :
- Conservation et numérisation: La vaste collection de papillons du musée a été soigneusement conservée et numérisée, ce qui a permis d'obtenir des photographies de haute qualité des spécimens mâles et femelles.
- Formation à l'IA: Les chercheurs ont entraîné un algorithme d'IA appelé ButterflyNet à reconnaître et à regrouper des images sur la base de leurs similitudes visuelles, ce qui a permis à l'IA d'identifier des modèles et des variations parmi les papillons.
- Intégration et analyse: ButterflyNet a généré un "espace papillon" multidimensionnel où les images similaires ont été regroupées, ce qui a permis aux chercheurs d'examiner les relations évolutives et les différences entre les espèces et les sexes.
- Validation génétique: Pour confirmer l'importance biologique des résultats de l'IA, les enchâssements appris par la machine ont été comparés aux données génétiques, ce qui a permis de les aligner sur l'histoire de l'évolution des papillons à ailes d'oiseau.
- Quantifier la variation sexuelle: L'équipe a mis au point une nouvelle mesure appelée "différence de disparité sexuelle" pour quantifier l'ampleur de la variation entre les mâles et les femelles, ce qui permet de mieux comprendre la contribution de chaque sexe à la diversité globale.
Les résultats de l'étude confirment les théories de Darwin et de Wallace.
Les papillons mâles présentaient généralement des formes et des motifs plus distincts que les femelles, ce qui correspond à l'idée de Darwin sur la sélection sexuelle.
Cependant, la recherche a également révélé des variations substantielles entre les femelles, en particulier dans le genre Troides.
En particulier, certains papillons femelles présentaient une plus grande diversité que leurs homologues mâles, ce qui confirme l'hypothèse de Wallace selon laquelle la sélection naturelle peut entraîner une divergence dans les phénotypes femelles.
Le Dr Hoyal Cuthill a expliqué les résultats de l'étude : "Les ornithoptères ont été décrits comme faisant partie des plus beaux papillons du monde. Cette étude nous donne un nouvel aperçu de l'évolution de leur diversité remarquable, mais menacée".
Elle ajoute : "La grande diversité visible chez les papillons mâles confirme l'importance réelle de la sélection sexuelle liée au choix de l'accouplement des femelles sur la variation des mâles, comme l'a suggéré Darwin à l'origine. Les cas où les papillons femelles sont plus visiblement diversifiés que les mâles de leur espèce confirment que la variation femelle naturellement sélectionnée joue un rôle supplémentaire important dans la diversité inter-espèces, comme l'a suggéré Wallace".
Ce n'est pas la première fois que l'IA est appliquée à la biologie évolutive. Il y a peu, des chercheurs de l'université d'État du Colorado ont mis au point un système d'IA pour explorer les modes de communication des éléphants.
Les chercheurs ont découvert que les éléphants s'appellent par leur nom, comme les humains.
L'une des pierres angulaires de la théorie de l'évolution de Darwin est que les animaux, comme les humains, ont développé des compétences telles que le langage pour des raisons similaires à leur survie.
Selon les auteurs de l'étude, les éléphants ont probablement développé des méthodes de communication similaires à celles des humains en raison de leur besoin de socialiser et de travailler en groupe.
Comme le décrit le Dr Hoyal Cuthill, de l'École des sciences de la vie : "Nous vivons une période passionnante, où l'apprentissage automatique permet d'effectuer de nouveaux tests à grande échelle sur des questions de longue date dans le domaine des sciences de l'évolution."
