A biologia evolutiva foi definida por Charles Darwin, mas teve os seus críticos, como Alfred Russel Wallace, que acrescentou a teoria da evolução tal como a conhecemos atualmente.
Agora, a IA contribuiu com a sua própria investigação para este debate graças a um estudo recente da Universidade de Essex, publicado na revista Communications Biology.
Darwin e Wallace debateram o que está na origem da notável diversidade que observamos na natureza, em particular as diferenças marcantes entre machos e fêmeas da mesma espécie.
O forte dimorfismo sexual e o dicromatismo são frequentemente mais proeminentes nos insectos e nas aves.
Darwin propôs que a aparência frequentemente extravagante dos membros masculinos da mesma espécie resultava da seleção sexual, com as fêmeas a escolherem os seus companheiros com base em preferências estéticas.
Wallace, no entanto, contrapôs que a seleção natural, actuando em ambos os sexos, era a principal força que moldava estas diferenças.
A Dra. Jennifer Hoyal Cuthill, da Universidade de Essex, e a sua equipa embarcaram numa missão para desvendar os segredos evolutivos das deslumbrantes borboletas do grupo das asas de pássaro
Como Dr. Hoyal Cuthill explicado numa publicação no bloguePela primeira vez, somos capazes de medir as extensões visíveis da evolução para testar a quantidade de variação presente em diferentes grupos biológicos e entre machos e fêmeas".
Como funcionou o estudo
Os investigadores utilizaram a IA para analisar umas impressionantes 16.000 fotografias de borboletas asa de pássaro, representando 35 espécies e 131 subespécies, do Museu de História Natural de Londres.
O processo é o seguinte:
- Curadoria e digitalização: A extensa coleção de borboletas birdwing do museu foi cuidadosamente selecionada e digitalizada, fornecendo fotografias de alta qualidade de espécimes machos e fêmeas.
- Formação em IA: Os investigadores treinaram um algoritmo de IA chamado ButterflyNet para reconhecer e agrupar imagens com base nas suas semelhanças visuais, permitindo à IA identificar padrões e variações entre as borboletas.
- Incorporação e análise: O ButterflyNet gerou um "espaço de borboletas" multidimensional onde imagens semelhantes foram agrupadas, permitindo aos investigadores examinar as relações evolutivas e as diferenças entre espécies e sexos.
- Validação genética: Para confirmar o significado biológico das descobertas da IA, os embeddings aprendidos por máquina foram comparados com dados genéticos, assegurando o alinhamento com a história evolutiva das borboletas birdwing.
- Quantificação da variação sexual: A equipa desenvolveu uma nova medida denominada "diferença de disparidade sexual" para quantificar a extensão da variação entre machos e fêmeas, fornecendo informações sobre as contribuições de cada sexo para a diversidade global.
Os resultados do estudo apoiaram as teorias de Darwin e de Wallace.
Os machos das borboletas asa de pássaro exibiam, em geral, formas e padrões mais distintos do que as fêmeas, o que está de acordo com a ideia de Darwin de seleção sexual.
No entanto, a investigação também revelou uma variação substancial entre as fêmeas, particularmente no género Troides.
Em particular, algumas borboletas fêmeas apresentaram uma maior diversidade do que os seus homólogos masculinos, apoiando a hipótese de Wallace de que a seleção natural pode conduzir a divergências nos fenótipos femininos.
O Dr. Hoyal Cuthill explicou os resultados: "As asas de pássaro foram descritas como uma das borboletas mais bonitas do mundo. Este estudo dá-nos novos conhecimentos sobre a evolução da sua notável mas ameaçada diversidade".
E acrescenta: "A elevada diversidade visível entre as borboletas machos apoia a importância real da seleção sexual da escolha do parceiro feminino na variação dos machos, como sugerido originalmente por Darwin. Os casos em que as borboletas fêmeas são mais visivelmente diversificadas do que os machos da sua espécie, apoiam um papel adicional e importante da variação feminina naturalmente selecionada na diversidade inter-espécies, como sugerido por Wallace".
Esta não é a primeira vez que a IA é aplicada à biologia evolutiva. Há pouco tempo, investigadores da Universidade do Estado do Colorado desenvolveram um sistema de IA para explorar a forma como os elefantes comunicam.
Os investigadores descobriram que os elefantes se chamam uns aos outros pelo nome, à semelhança dos humanos.
Um dos pilares da teoria da evolução de Darwin era o facto de os animais, tal como os seres humanos, terem desenvolvido competências como a linguagem para obterem benefícios semelhantes para a sua sobrevivência.
Os autores do estudo descreveram que os elefantes provavelmente desenvolveram métodos de comunicação semelhantes aos dos humanos devido à sua necessidade de socializar e trabalhar em grupo.
Como descreveu o Dr. Hoyal Cuthill, da Escola de Ciências da Vida: "Este é um momento emocionante, em que a aprendizagem automática está a permitir novos testes em grande escala de questões de longa data na ciência evolutiva".
