Искусственный интеллект помог подтвердить одну из древнейших идей в эволюции

Мир природы полон подражателей. Моли-пиралиды используют те же высокие предупреждающие звуки, что и тигровые моли, чтобы предупредить хищников, а безобидные королевские змеи и ядовитые коралловые змеи имеют сходную окраску. Они используют то, что называется бейтсовской мимикрией, когда безобидный вид отгоняет хищников, выдавая себя за что-то более жесткое или более ядовитое. Конечно, это не умышленная уловка; просто со временем королевские змеи, которые выжили достаточно долго, чтобы размножаться, как правило, были более легко приняты за коралловых змей, поэтому они передали это сходство со своим потомством.

Другие разработали иной трюк. Яркие цвета - это естественный способ предупреждения об опасности. Но иногда хищникам, таким как птицы и ящерицы, приходится есть несколько особей с горьким вкусом и заболеть, прежде чем они научатся ассоциировать яркие цвета с неприятным обеденным опытом. Поэтому, когда бабочки, такие как ярко-оранжево-черный Heliconius, развивают яркие предупреждающие цвета, чтобы защитить себя, по крайней мере, несколько бабочек в конечном итоге будут съедены, чтобы доказать, что они действительно не так уж хороши для еды.

Натуралист 19-го века Фриц Мюллер предположил, что если бы два вида бабочек развивали одинаковые предупреждающие цвета, они бы разделили бремя обучения местных хищников, чтобы они держались подальше. Скажем, местное население птиц должно съесть около 20 ярких бабочек, прежде чем они наконец поймут, что конкретный образец оранжевой маркировки на самом деле является этикеткой «Не ешь». Если два местных вида бабочек имеют разные маркировки, то хищники в конечном итоге съедают 20 бабочек каждого вида, прежде чем они получат необходимый опыт. Но если два вида имеют одинаковые отметки, им, вероятно, придется пожертвовать только по 10 бабочек, чтобы преподать урок. Оба вида выигрывают от того, что появляются на "вечеринке в одном наряде".

Непроверенная гипотеза

Эта идея, называемая мюллеровской мимикрией, является одной из древнейших идей в эволюции; Мюллер предложил это в 1878 году, менее чем через 20 лет после того, как Чарльз Дарвин представил идею естественного отбора в 1859 году. Это один из самых известных примеров того, что биологи называют конвергентной эволюцией - разные виды эволюционируют сходные черты в ответ на одинаковое давление, вроде как два человека независимо друг от друга придумали одно и то же решение проблемы. Сходящаяся эволюция - это то, почему у летучих мышей и птиц, например, есть крылья, и почему у китов и акул есть плавники. Но бабочки Heliconius поднимают схождение на совершенно новый, головокружительно сложный уровень. Исследование ИИ их моделей крыльев показало, что Мюллер был не только прав насчет их мимикрии, но это не просто случай с подражанием в одном направлении.

«Раньше нам не удавалось протестировать мимикрию в этой эволюционной системе из-за трудности количественного определения того, насколько похожи две бабочки», - сказала Дженнифер Хойал Кутхилл из Кембриджского университета.

Но в то время как задача может быть сложной для человеческого глаза и мозга, компьютеры действительно хороши для количественной оценки и машинного обучения.

От сетей бабочек к сети бабочек

Команда предоставила своему ИИ около 2400 фотографий бабочек Heliconius из 38 различных подвидов и научила его идентифицировать каждый подвид по фотографиям - и делать то, что ученые-люди находили пугающим на протяжении веков: количественно определить сходства и различия между каждым набором разметки крыльев. ИИ измерил и сравнил большие, очевидные различия в рисунках крыльев, а также малейшие различия в размере, форме, положении и цвете различных частей рисунков.

Затем он отсортировал всех бабочек на графике; чем ближе друг к другу находятся два подвида на участке, тем больше сходства их маркировки крыльев. Этот сюжет помог Хойал Кутхилл и ее коллегам сделать некоторые выводы о том, как узоры крыльев различных подвидов связаны друг с другом, и как формы и цвета, из которых состоят эти узоры, эволюционировали, копировались, изменялись и были заимствованы и использованы в новые способы. Результаты подтверждают предположение Мюллера о том, что у двух токсичных видов бабочек могут возникать сходные схемы предупреждения, пишет Forbes.