La biologia evolutiva è stata definita da Charles Darwin, che però ha avuto i suoi critici, come Alfred Russel Wallace, che ha aggiunto la teoria dell'evoluzione come la conosciamo oggi.
Ora l'intelligenza artificiale ha contribuito con la propria ricerca a questo dibattito, grazie a un'iniziativa di studio recente dell'Università di Essex, pubblicato su Communications Biology.
Darwin e Wallace discutevano su cosa fosse alla base della notevole diversità che osserviamo in natura, in particolare sulle sorprendenti differenze tra maschi e femmine della stessa specie.
Il forte dimorfismo sessuale e il dicromatismo sono spesso più evidenti negli insetti e negli uccelli.
Darwin propose che l'aspetto spesso sgargiante dei maschi della stessa specie fosse il risultato della selezione sessuale, con le femmine che sceglievano i loro compagni in base alle preferenze estetiche.
Wallace, tuttavia, ha sostenuto che la selezione naturale, che agisce su entrambi i sessi, è la forza principale che determina queste differenze.
La dottoressa Jennifer Hoyal Cuthill dell'Università dell'Essex e il suo team si sono imbarcati in una missione per svelare i segreti evolutivi delle stupefacenti farfalle del gruppo delle ali di uccello.
Come il dottor Hoyal Cuthill ha spiegato in un post sul blogPer la prima volta, siamo in grado di misurare gli estremi visibili dell'evoluzione per verificare quanta variazione è presente in diversi gruppi biologici e tra maschi e femmine".
Come ha funzionato lo studio
I ricercatori hanno utilizzato l'intelligenza artificiale per analizzare ben 16.000 fotografie di farfalle uccello, che rappresentano 35 specie e 131 sottospecie, provenienti dal Museo di Storia Naturale di Londra.
Ecco il procedimento:
- Curatela e digitalizzazione: L'ampia collezione di farfalle uccello del museo è stata accuratamente curata e digitalizzata, fornendo fotografie di alta qualità di esemplari sia maschili che femminili.
- Formazione AI: I ricercatori hanno addestrato un algoritmo di intelligenza artificiale chiamato ButterflyNet a riconoscere e raggruppare le immagini in base alle loro somiglianze visive, consentendo all'intelligenza artificiale di identificare modelli e variazioni tra le farfalle.
- Incorporamento e analisi: ButterflyNet ha generato uno "spazio delle farfalle" multidimensionale in cui le immagini simili sono state raggruppate insieme, consentendo ai ricercatori di esaminare le relazioni evolutive e le differenze tra specie e sessi.
- Convalida genetica: Per confermare il significato biologico delle scoperte dell'IA, le incorporazioni apprese dalla macchina sono state confrontate con i dati genetici, assicurando l'allineamento con la storia evolutiva delle farfalle ali di uccello.
- Quantificare la variazione sessuale: Il team ha sviluppato una nuova misura chiamata "differenza di disparità sessuale" per quantificare l'entità della variazione tra maschi e femmine, fornendo indicazioni sul contributo di ciascun sesso alla diversità complessiva.
I risultati dello studio sostengono sia le teorie di Darwin che quelle di Wallace.
I maschi delle farfalle uccello hanno generalmente mostrato forme e modelli più distinti rispetto alle femmine, in linea con l'idea di Darwin della selezione sessuale.
Tuttavia, la ricerca ha anche rivelato una sostanziale variazione tra le femmine, in particolare nel genere Troides.
In particolare, alcune farfalle femmine hanno mostrato una maggiore diversità rispetto alle loro controparti maschili, sostenendo l'ipotesi di Wallace secondo cui la selezione naturale può guidare la divergenza nei fenotipi femminili.
Il dottor Hoyal Cuthill ha spiegato i risultati: "Le ali di uccello sono state descritte come una delle farfalle più belle del mondo. Questo studio ci dà nuove informazioni sull'evoluzione della loro notevole ma minacciata diversità".
L'autrice aggiunge: "L'elevata diversità visibile tra i maschi delle farfalle sostiene l'importanza reale della selezione sessuale della scelta dell'accoppiamento femminile sulla variazione maschile, come originariamente suggerito da Darwin. I casi in cui le farfalle femmine sono più visibilmente diversificate rispetto ai maschi della loro specie, supportano un ulteriore, importante ruolo della variazione femminile selezionata naturalmente nella diversità interspecifica, come suggerito da Wallace".
Non è la prima volta che l'intelligenza artificiale viene applicata alla biologia evolutiva. Non molto tempo fa, i ricercatori della Colorado State University hanno sviluppato un sistema di intelligenza artificiale per esplorare come comunicano gli elefanti.
I ricercatori hanno scoperto che gli elefanti si chiamano per nome, come gli esseri umani.
Una delle pietre miliari della teoria dell'evoluzione di Darwin è che gli animali, come gli esseri umani, hanno evoluto abilità come il linguaggio per vantaggi simili alla loro sopravvivenza.
Gli autori dello studio hanno descritto che gli elefanti hanno probabilmente sviluppato metodi di comunicazione simili a quelli degli esseri umani a causa della loro necessità di socializzare e lavorare insieme in gruppo.
Come ha descritto il dottor Hoyal Cuthill, della School of Life Sciences: "Questo è un momento emozionante, in cui l'apprendimento automatico consente di effettuare nuovi test su larga scala su questioni di lunga data nella scienza evolutiva".
