Bahnbrechende KI-gestützte Forschungen an Schmetterlingen haben die wenig erforschte Evolution der Weibchen auf den Prüfstand gestellt und tragen zur Debatte zwischen den Gründervätern der Evolution bei.
Die Studie der University of Essex – veröffentlicht in Kommunikationsbiologie– untersucht eine Kontroverse zwischen den viktorianischen Wissenschaftlern Charles Darwin und Alfred Russel Wallace.
Darwin war der Meinung, dass es bei Männchen mehr Variationsmöglichkeiten gäbe, da Weibchen ihre Partner oft auf Grundlage des Aussehens des Männchens aussuchen. Wallace hingegen war der Meinung, dass die natürliche Selektion zwischen den Geschlechtern der größte Faktor für Unterschiede sei.
Über ein Jahrhundert lang haben Wissenschaftler vor allem Männchen untersucht, da deren Unterschiede offensichtlicher sind, während Weibchen, bei denen die evolutionären Veränderungen subtiler sind, weniger erforscht wurden.
Mithilfe hochmoderner maschineller Lernverfahren untersuchte Dr. Jennifer Hoyal Cuthill zusammen mit Mitarbeitern des Natural History Museum und des KI-Forschungsinstituts Cross Labs und Cross Compass mehr als 16.000 männliche und weibliche Vogelflügler. Dies ist das erste Mal, dass die optischen Unterschiede zwischen den Geschlechtern bei dieser Art, die in Südostasien und Australasien lebt, untersucht wurden.
Für diese Studie wurden Vogelflügler aufgrund ihrer spektakulären Flügelfarbmuster und der Unterschiede zwischen Männchen und Weibchen ausgewählt.
Dr. Cuthill von der School of Life Sciences sagte: „Dies ist eine aufregende Zeit, in der maschinelles Lernen neue, groß angelegte Tests seit langem bestehender Fragen der Evolutionswissenschaft ermöglicht.“
„Zum ersten Mal sind wir in der Lage, das sichtbare Ausmaß der Evolution zu messen und so zu testen, wie groß die Variation in verschiedenen biologischen Gruppen und sowohl bei Männchen als auch bei Weibchen ist. Maschinelles Lernen liefert uns neue Informationen über die Evolutionsprozesse, die die Artenvielfalt erzeugen und erhalten, auch bei historisch vernachlässigten Gruppen.“
Die Studie untersuchte Fotos von Schmetterlingen aus den Sammlungen des Natural History Museum, die bei mehreren Arten eine Reihe von Merkmalen wie Flügelformen, Farben und Mustern zeigen. Sie fand heraus, dass Männchen zwar oft ausgeprägtere Formen und Muster aufweisen, aber sowohl Männchen als auch Weibchen zur allgemeinen Vielfalt beitragen.
Die Forschung zeigte, dass bei den Schmetterlingen die von Darwin und Wallace vorhergesagten evolutionären Muster gefunden wurden. Sie zeigten, dass sowohl Männchen als auch Weibchen zur Artenvielfalt beitragen. Die Männchen zeigten mehr Variationen im Aussehen, was zu Darwins Idee passt, dass Weibchen ihre Partner auf der Grundlage dieser Merkmale auswählen.
Das Deep Learning ergab jedoch auch geringfügige Unterschiede bei den Weibchen, was mit Wallaces Vorhersagen übereinstimmt, dass die natürliche Selektion eine Vielfalt weiblicher Phänotypen ermöglicht.
Dr. Cuthill sagte: „Vogelflügel gelten als die schönsten Schmetterlinge der Welt. Diese Studie gibt uns neue Einblicke in die Evolution ihrer bemerkenswerten, aber gefährdeten Vielfalt.“
„In dieser Fallstudie von Vogelflügler-Fotografien scheint es das Geschlecht zu sein, das die größten evolutionären Veränderungen bewirkt hat, einschließlich extremer männlicher Formen, Farben und Muster. Innerhalb der Gruppe der Vogelflügler fanden wir jedoch gegensätzliche Beispiele, bei denen weibliche Vogelflügler im sichtbaren Phänotyp vielfältiger sind als männliche und umgekehrt.
„Eine große sichtbare Vielfalt unter männlichen Schmetterlingen untermauert die reale Bedeutung der sexuellen Selektion aus der Partnerwahl der Weibchen für die männliche Variation, wie ursprünglich von Darwin vorgeschlagen. Fälle, in denen weibliche Schmetterlinge sichtbar vielfältiger sind als die Männchen ihrer Art, untermauern eine zusätzliche, wichtige Rolle der natürlich selektierten weiblichen Variation bei der Vielfalt zwischen Arten, wie von Wallace vorgeschlagen.
„Groß angelegte Studien zur Evolution mithilfe maschinellen Lernens bieten neue Möglichkeiten zur Lösung von Debatten, die seit der Entstehung der Evolutionswissenschaft ungeklärt sind.“
Mehr Informationen:
Männliche und weibliche Beiträge zur Vielfalt unter Vogelflügler-Bildern, Kommunikationsbiologie (2024). DOI: 10.1038/s42003-024-06376-2