Die Evolutionsbiologie wurde von Charles Darwin definiert, aber er hatte auch seine Kritiker, wie Alfred Russel Wallace, der die Evolutionstheorie, wie wir sie heute kennen, hinzugefügt hat.
Jetzt hat die KI ihre eigene Forschung zu dieser Debatte beigetragen, und zwar dank einer aktuellen Studie von der University of Essex, die in Communications Biology veröffentlicht wurde.
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 sind oft bei Insekten und Vögeln besonders ausgeprägt.
Darwin schlug vor, dass das oft auffällige Aussehen der Männchen derselben Art auf die 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 Hauptursache für diese Unterschiede ist.
Dr. Jennifer Hoyal Cuthill von der University of Essex und ihr Team machten sich auf den Weg, um die evolutionären Geheimnisse der atemberaubenden Schmetterlinge der Vogelflüglergruppe zu entschlüsseln
Als Dr. Hoyal Cuthill in einem Blogbeitrag erklärt„Zum ersten Mal sind wir in der Lage, das sichtbare Ausmaß der Evolution zu messen, um zu testen, wie viel Variation in verschiedenen biologischen Gruppen und zwischen Männern und Frauen vorhanden ist.“
Wie die Studie funktionierte
Die Forscher nutzten KI, 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.
Hier ist der Prozess:
- Kuratieren und Digitalisieren: Die umfangreiche Schmetterlingssammlung des Museums wurde sorgfältig kuratiert und digitalisiert, sodass hochwertige Fotos von männlichen und weiblichen Exemplaren zur Verfügung stehen.
- KI-Training: Die Forscherinnen und Forscher trainierten einen KI-Algorithmus namens ButterflyNet, um Bilder anhand ihrer visuellen Ähnlichkeiten zu erkennen und zu gruppieren, so dass die KI Muster und Variationen unter den Schmetterlingen erkennen kann.
- Einbettung und Analyse: ButterflyNet erstellte einen mehrdimensionalen „Schmetterlingsraum“, in dem ähnliche Bilder geclustert wurden, so dass die Forscher/innen 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 die Übereinstimmung mit der Evolutionsgeschichte der Vogelflügler sicherzustellen.
- Quantifizierung der sexuellen Variation: Das Team entwickelte ein neues Maß, die „sexuelle Ungleichheit“, um das Ausmaß der Variation zwischen Männchen und Weibchen zu quantifizieren und einen Einblick in den Beitrag jedes Geschlechts zur Gesamtvielfalt zu erhalten.
Die Ergebnisse der Studie stützen sowohl Darwins als auch Wallaces Theorien. Männliche Vogelflügler wiesen im Allgemeinen ausgeprägtere Formen und Muster auf als weibliche, was mit Darwins Idee der sexuellen Selektion übereinstimmt.
Die Untersuchung ergab jedoch auch erhebliche Unterschiede zwischen den Weibchen, insbesondere in 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 bei weiblichen Phänotypen vorantreiben kann.
Dr. Hoyal Cuthill erklärte die Ergebnisse: „Vogelschwärmer werden als einer der schönsten Schmetterlinge der Welt bezeichnet. Diese Studie gibt uns neue Einblicke in die Evolution ihrer bemerkenswerten, aber bedrohten Vielfalt.“
Sie fügt hinzu: „Eine hohe sichtbare Vielfalt bei männlichen Schmetterlingen unterstützt die reale Bedeutung der sexuellen Selektion durch die Partnerwahl der Weibchen für die Variation der Männchen, wie ursprünglich von Darwin vorgeschlagen. Fälle, in denen weibliche Schmetterlinge sichtbar vielfältiger sind als die Männchen ihrer Art, sprechen für eine zusätzliche, wichtige Rolle der natürlich ausgewählten weiblichen Variation für die Vielfalt zwischen den Arten, wie von Wallace vorgeschlagen.“
Es ist nicht das erste Mal, dass KI auf die Evolutionsbiologie angewendet wird. Vor nicht allzu langer Zeit haben Forscher der Colorado State University ein KI-System entwickelt, um zu 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 Menschen Fähigkeiten wie die Sprache entwickelt haben, weil sie für ihr Überleben von ähnlichem Nutzen sind.
Die Autoren der Studie beschreiben, dass Elefanten wahrscheinlich ähnliche Kommunikationsmethoden wie Menschen entwickelt haben, weil sie sich in Gruppen zusammenschließen und zusammenarbeiten müssen.
Dr. Hoyal Cuthill von der School of Life Sciences beschreibt: „Dies ist eine aufregende Zeit, in der maschinelles Lernen neue, groß angelegte Tests zu langjährigen Fragen der Evolutionswissenschaft ermöglicht.“
