Evolutiebiologie werd gedefinieerd door Charles Darwin, maar hij had zijn critici, zoals Alfred Russel Wallace, die de evolutietheorie toevoegde zoals we die vandaag de dag kennen.
Nu heeft AI zijn eigen onderzoek bijgedragen aan dit debat dankzij een recente studie van de Universiteit van Essex gepubliceerd in Communications Biology.
Darwin en Wallace debatteerden over de oorzaak van de opmerkelijke diversiteit die we in de natuur waarnemen, in het bijzonder de opvallende verschillen tussen mannetjes en vrouwtjes van dezelfde soort.
Sterk seksueel dimorfisme en dichromatisme is vaak het meest prominent bij insecten en vogels.
Darwin stelde voor dat het vaak flamboyante uiterlijk van mannelijke leden van dezelfde soort het gevolg was van seksuele selectie, waarbij vrouwtjes hun partners kozen op basis van esthetische voorkeuren.
Wallace beweerde echter dat natuurlijke selectie, die op beide seksen inwerkt, de belangrijkste kracht was die deze verschillen vorm gaf.
Dr. Jennifer Hoyal Cuthill van de Universiteit van Essex en haar team begonnen aan een missie om de evolutionaire geheimen van prachtige vlinders uit de vogelvleugelgroep te ontrafelen.
Als Dr. Hoyal Cuthill uitgelegd in een blogpostVoor de eerste keer zijn we in staat om de zichtbare omvang van evolutie te meten om te testen hoeveel variatie er aanwezig is in verschillende biologische groepen en onder zowel mannen als vrouwen."
Hoe het onderzoek werkte
De onderzoekers gebruikten AI om een indrukwekkende 16.000 foto's van vogelvleugelvlinders, die 35 soorten en 131 ondersoorten vertegenwoordigen, uit het Natural History Museum in Londen te analyseren.
Dit is het proces:
- Curatie en digitalisering: De uitgebreide collectie vogelvleugelvlinders van het museum werd zorgvuldig gecureerd en gedigitaliseerd, waardoor er foto's van hoge kwaliteit beschikbaar zijn van zowel mannelijke als vrouwelijke exemplaren.
- AI-training: De onderzoekers trainden een AI-algoritme genaamd ButterflyNet om afbeeldingen te herkennen en te groeperen op basis van hun visuele overeenkomsten, waardoor de AI patronen en variaties tussen de vlinders kon identificeren.
- Inbedding en analyse: ButterflyNet genereerde een multidimensionale "vlinderruimte" waar gelijksoortige afbeeldingen werden geclusterd, waardoor de onderzoekers evolutionaire relaties en verschillen tussen soorten en geslachten konden onderzoeken.
- Genetische validatie: Om de biologische betekenis van de bevindingen van de AI te bevestigen, werden de machinaal geleerde inbeddingen vergeleken met genetische gegevens, zodat ze overeenkwamen met de evolutionaire geschiedenis van de vogelvleugelvlinders.
- Kwantificeren van seksuele variatie: Het team ontwikkelde een nieuwe maat genaamd het "seksuele ongelijkheidsverschil" om de mate van variatie tussen mannetjes en vrouwtjes te kwantificeren, wat inzicht geeft in de bijdragen van elk geslacht aan de algehele diversiteit.
De bevindingen van het onderzoek ondersteunden zowel de theorieën van Darwin als die van Wallace.
Mannelijke vogelvleugelvlinders vertoonden over het algemeen duidelijkere vormen en patronen dan vrouwtjes, wat overeenkomt met Darwins idee van seksuele selectie.
Het onderzoek onthulde echter ook aanzienlijke variatie onder vrouwtjes, vooral in het geslacht Troides.
Met name sommige vrouwelijke vlinders vertoonden een grotere diversiteit dan hun mannelijke tegenhangers, wat Wallace's hypothese ondersteunt dat natuurlijke selectie de divergentie in vrouwelijke fenotypes kan bevorderen.
Dr. Hoyal Cuthill legde de bevindingen uit: "Vogelvleugels worden beschreven als een van de mooiste vlinders ter wereld. Deze studie geeft ons nieuwe inzichten in de evolutie van hun opmerkelijke maar bedreigde diversiteit."
Ze voegt eraan toe: "Een hoge zichtbare diversiteit onder mannelijke vlinders ondersteunt het belang van seksuele selectie door vrouwelijke partnerkeuze op mannelijke variatie, zoals oorspronkelijk gesuggereerd door Darwin. Gevallen waarin vrouwelijke vlinders zichtbaarder diverser zijn dan de mannetjes van hun soort, ondersteunen een aanvullende, belangrijke rol voor natuurlijk geselecteerde vrouwelijke variatie in inter-soortelijke diversiteit, zoals gesuggereerd door Wallace."
Dit is niet de eerste keer dat AI wordt toegepast op evolutiebiologie. Niet zo lang geleden ontwikkelden onderzoekers van de Colorado State University een AI-systeem om onderzoeken hoe olifanten communiceren.
Onderzoekers ontdekten dat olifanten elkaar bij de naam noemen, net als mensen.
Een van de hoekstenen van Darwins evolutietheorie was dat dieren, net als mensen, vaardigheden zoals taal ontwikkelden om op dezelfde manier te kunnen overleven.
De auteurs van het onderzoek beschrijven dat olifanten waarschijnlijk vergelijkbare communicatiemethoden als mensen hebben ontwikkeld vanwege hun behoefte om te socialiseren en samen te werken in groepen.
Zoals Dr. Hoyal Cuthill van de School of Life Sciences het omschreef: "Dit is een opwindende tijd, waarin machine learning nieuwe, grootschalige tests van al lang bestaande vragen in de evolutiewetenschap mogelijk maakt."
