Wissenschaftler haben neue Entwicklungen im maschinellen Lernen genutzt, um australische Eukalyptusarten zu untersuchen und ihre Veränderung über Millionen von Jahren hinweg aufzudecken.
Fortschritte im Bereich der künstlichen Intelligenz haben Wissenschaftlern dabei geholfen, die Evolutionsgeschichte eines symbolträchtigen australischen Baums zu erforschen. Dieser könnte laut Wissenschaftlern dazu beitragen, Bedrohungen wie den Klimawandel und den Verlust der Artenvielfalt zu bekämpfen.
In der Studie analysierten Wissenschaftler des Botanic Gardens of Sydney und der UNSW Sydney mithilfe künstlicher Intelligenz eine beispiellose Anzahl von Blättern von Eukalyptusbäumen (Eucalyptus, Angophora und Corymbia) und gewannen so phänomenale Erkenntnisse darüber, wie sich diese einheimische Art in Abhängigkeit vom Klima entwickelt hat.
Das Papier, veröffentlicht im Zeitschrift für Ökologie analysiert diese Woche einen Datensatz mit mehr als 50.000 digitalisierten Bildern von Eukalyptusexemplaren, von denen einige bis ins Jahr 1839 zurückreichen, um herauszufinden, ob sich die Blätter der Arten parallel zum Klima entwickelt haben.
Es folgt auf die letztjährige Forschung, bei der Wissenschaftler der Botanischen Gärten von Sydney und der UNSW ein maschinelles Lernprogramm entwickelten, um Millionen von Pflanzenproben zu untersuchen, die in Herbarien auf der ganzen Welt aufbewahrt werden. Dieser Ansatz führte eine Ressource ein, die Forschern zuvor nicht zugänglich war, da die schiere Größe der Herbariensammlungen für Menschen zu groß war, um sie zu messen.
In dieser ersten Studie analysierte das Team 3.000 Proben der Arten Syzygium und Ficus und untersuchte mithilfe einer „Computer Vision“-Methode die Blattgrößen. Dabei stellten sie fest, dass – im Gegensatz zu häufig beobachteten Mustern zwischen Arten – die Blattgröße innerhalb einer Art in wärmerem und feuchterem Klima nicht zunimmt.
Nun ist ein Forscherteam bei seiner Arbeit einen Schritt weitergegangen und hat sich einem der berühmtesten und beliebtesten Bäume Australiens, dem Eukalyptus, zugewandt, um zu verstehen, wie sich seine Blattgröße im Laufe von Millionen von Jahren in Abhängigkeit vom Klima verändert hat.
Laut Karina Guo, Wissenschaftlerin am Botanischen Garten von Sydney, zeigt die Studie, wie KI die botanische Wissenschaft verändert.
„Mithilfe der KI konnten wir mit riesigen Datenmengen arbeiten, was vorher einfach nicht möglich war“, sagt Guo. „Das hat die Erforschung kleinster Details der Flora grundlegend verändert und hilft uns, ein sehr detailliertes Bild der Vergangenheit zu zeichnen.“
„Anstatt Tausende von Bildern von Proben manuell auszuwerten, was Jahre dauern kann, kann das maschinelle Lernen Zehntausende in weniger als vier Tagen betrachten.“
Der außerordentliche Professor Will Cornwell von der UNSW bezeichnet diese neue Möglichkeit, bislang unzugängliche Daten offenzulegen, als bahnbrechend.
„Digitalisierte Exemplare haben es uns ermöglicht, tiefer in das Verständnis unserer Arten einzutauchen als je zuvor, was uns letztendlich dabei helfen kann, große Bedrohungen für unsere Flora wie den Klimawandel und den Verlust der Artenvielfalt zu bekämpfen“, sagt A/Prof. Cornwell.
Mehr Informationen:
Karina Guo et al., Verwendung von maschinellem Lernen zur Verknüpfung von Klima, Phylogenese und Blattfläche bei Eukalyptusbäumen durch eine 50-fache Erweiterung von Datensätzen zu Blattmerkmalen, Zeitschrift für Ökologie (2024). DOI: 10.1111/1365-2745.14354