Новаторское исследование бабочек с использованием искусственного интеллекта позволило изучить малоизученную эволюцию самок и внести вклад в дискуссию между отцами-основателями эволюции. Исследование Университета Эссекса, опубликованное в журнале Communications Biology, рассматривает спор между викторианскими учеными Чарльзом Дарвином и Альфредом Расселом Уоллесом.
Дарвин считал, что у самцов больше различий, поскольку самки часто выбирают себе партнеров по внешности самцов. В то время как Уоллес считал, что естественный отбор между полами был самым большим фактором различия.
На протяжении более столетия ученые в основном изучали самцов, потому что их различия более очевидны, тогда как самки с более тонкими эволюционными изменениями изучались меньше.
С помощью высокотехнологичного машинного обучения Дженнифер Хойал Катхилл из Школы естественных наук исследовала более 16 000 самцов и самок бабочек-птицекрылов вместе с сотрудниками Музея естественной истории и научно-исследовательского института искусственного интеллекта Cross Labs, Cross Compass. Впервые визуальные различия между полами были изучены у видов, обитающих в Юго-Восточной Азии и Австралазии.
Бабочки-птицекрылки были выбраны для этого исследования из-за их впечатляющего окраса крыльев и различий между самцами и самками.
«Это волнующее время, когда машинное обучение позволяет проводить новые, масштабные проверки давних вопросов эволюционной науки», - говорит Катхилл. «Впервые мы можем измерить видимые масштабы эволюции, чтобы проверить, насколько велики различия в различных биологических группах, как среди самцов, так и среди самок. Машинное обучение дает нам новую информацию об эволюционных процессах, которые создают и поддерживают биоразнообразие, в том числе в исторически забытых группах».
В исследовании рассматривались фотографии бабочек из коллекций Музея естественной истории, на которых показан ряд признаков, таких как форма крыльев, цвета и узоры, у нескольких видов. Было обнаружено, что хотя самцы часто имеют более четкие формы и узоры, и самцы, и самки вносят свой вклад в общее разнообразие.
Исследование показало, что эволюционные закономерности, предсказанные как Дарвином, так и Уоллесом, были обнаружены у бабочек, показывая, что и самцы, и самки вносят вклад в разнообразие видов. Самцы показали больше вариаций во внешности, что соответствует идее Дарвина о том, что самки выбирают партнеров на основе этих признаков.
Однако глубокое обучение также обнаружило тонкие различия у самок, что соответствует предсказаниям Уоллеса о том, что естественный отбор допускает разнообразие женских фенотипов.
«Птицекрылых называют одними из самых красивых бабочек в мире. Это исследование дает нам новое понимание эволюции их замечательного, но находящегося под угрозой исчезновения разнообразия», - сказала Катхилл. «В этом исследовании фотографий бабочек-птицекрылок именно пол, по-видимому, стал движущей силой наибольших эволюционных изменений, включая экстремальные формы, цвета и узоры самцов. Однако внутри группы бабочек-птицекрылок мы обнаружили контрастные примеры, когда самки бабочек-птицекрылок более разнообразны по видимому фенотипу, чем самцы, и наоборот».
Ученые объясняют, что высокое видимое разнообразие среди самцов бабочек подтверждает реальную важность полового отбора от выбора самками партнера для вариации самцов, как первоначально предполагал Дарвин. Случаи, когда самки бабочек более визуально разнообразны, чем самцы их вида, подтверждают дополнительную, важную роль естественно отобранной вариации самок в межвидовом разнообразии, как предполагал Уоллес.
«Масштабные исследования эволюции с использованием машинного обучения открывают новые возможности для разрешения споров, которые не утихают с момента основания эволюционной науки», - резюмировали авторы исследования.
