«Υπάρχουν άφθονες ενδείξεις ότι το δάσος σφύζει από ζωή—παντού τριγύρω ακούγονται ήχοι», αναφέρει το βιβλίο “The Mighty Rain Forest”. Ωστόσο, το βιβλίο προσθέτει: «Αν ο επισκέπτης δεν είναι αποφασισμένος να διαθέσει πολύ χρόνο περιμένοντας και εξερευνώντας υπομονετικά, το πιθανότερο είναι ότι δεν θα δει κανένα ζώο εκτός από πεταλούδες». Ευτυχώς για τους επισκέπτες, οι τροπικές πεταλούδες έχουν να επιδείξουν τόσο ζωηρά χρώματα και ομορφιά ώστε κάνουν αξέχαστο το ταξίδι στο βροχερό δάσος.
Ένα από τα είδη ων Λεπιδόπτερων που ξεχωρίζουν είναι οι πεταλούδες με φτερά πτηνών (ορνιθόπτερα). Αυτές οι πεταλούδες προέρχονται από τη Νοτιοανατολική Ασία και την τροπική Αυστραλία. Όπως δείχνει η ονομασία τους, πρόκειται για τεράστιες πεταλούδες με φτερά μεγαλύτερα από αυτά που έχουν πολλά πουλιά. Η ομορφιά και η σπανιότητά τους τις καθιστούν εξαιρετικά πολύτιμες. Αυτές οι τροπικές πεταλούδες ξεχωρίζουν για το μέγεθος, την ποικιλία και το χρώμα τους. Το πράσινο του δάσους αποτελεί ιδανικό φόντο για τις πεταλούδες με το ζωηρό μπλε, κόκκινο και κίτρινο χρώμα που φτερουγίζουν στα ξέφωτα.
Οι πεταλούδες του Δαρβίνου
Ο Δαρβίνος προσέφερε μια θεωρία για να εξηγήσει πως αλλάζει το ένα είδος σε ένα άλλο είδος. Αυτό σημαίνει εξέλιξη. Η αποδοχή της θεωρίας του σήμαινε την ανατροπή των παλαιότερων απόψεων που θεωρούσαν τα είδη ως μεμονωμένες κατηγορίες που παραμένουν για πάντα ίδιες. Παρόλο που η θεωρία του έπεισε τους βιολόγους ανά τον κόσμο, ήγειρε επίσης ερωτήματα που ακόμα βρίσκονται υπό διερεύνηση.
Ένα από αυτά τα ζωτικά για τους βιολόγους ερωτήματα ήταν το πώς ακριβώς η αλλαγή εντός ενός πληθυσμού οδηγεί σε αναγνωρίσιμα διαφορετικά είδη. Ένας πιθανός λόγος είναι ο διαχωρισμός. Όταν για παράδειγμα διαχωρίζεται ένα μέρος του πληθυσμού – ας πούμε με μια οροσειρά, ένα ποτάμι ή ένα θαλάσσιο κανάλι – και αν το εμπόδιο διατηρηθεί για αρκετό χρονικό διάστημα, οι δύο πληθυσμοί θα αλλάξουν τόσο ώστε να μην μπορούν να διασταυρωθούν. Αυτό θεωρείται συχνά ως απαραίτητη προϋπόθεση ώστε δύο πληθυσμοί παρόμοιων ειδών να ταξινομηθούν ως διαφορετικά είδη. Ωστόσο, δεν είναι η μόνη και δεν ισχύει πάντα.
Μια άλλη πιθανότητα, η οποία έχει τραβήξει την προσοχή τις τελευταίες δύο ή τρεις δεκαετίες, είναι ότι οι υπο- πληθυσμοί, οι οποίοι δεν διακρίνονται φυσικά, μπορούν με άλλους τρόπους να απομακρυνθούν από βιολογική άποψη.
Οι γενετικές αλλαγές δημιουργούν μικρές διαφορές στη συμπεριφορά – όπως για παράδειγμα διατροφικές συνήθειες ή προτιμήσεις για το ζευγάρωμα – που μπορούν να αυξηθούν. Με το πέρασμα του χρόνου, αυτό οδηγεί σε αποκλίνοντες τρόπους ζωής χωρίς φυσικό διαχωρισμό.
Ο Καθηγητής Τζέϊμς Μάλετ από το UCL ερευνά πώς αυτό μπορεί να ισχύσει σε μια σειρά ιδιαίτερα συναφών ειδών της τροπικής πεταλούδας Heliconius. Τα χρώματα και τα σχήματα στα φτερά της πεταλούδας αλλάζουν εύκολα. Αυτό από μόνο του δεν οδηγεί στη δημιουργία νέων ειδών. Μερικές πεταλούδες εκκρίνουν χημικές ουσίες με αποκρουστική γεύση για τα πουλιά που τρώνε πεταλούδες. Επίσης, ανακάλυψε ότι οι αρσενικές πεταλούδες προτιμούν περισσότερο τις θηλυκές που έχουν παρόμοια φτερά με τα δικά τους. Με την επίδραση των χαρακτηριστικών αυτών προκύπτουν νέα είδη που δεν μπορούν πλέον να διασταυρωθούν μεταξύ τους.
Οι φτερωτές καλλονές στο μικροσκόπιο της Τεχνητής Νοημοσύνης
Πρόσφατα, η τεχνητή νοημοσύνη ανέλυσε πάνω από 16.000 αρσενικές και θηλυκές πεταλούδες με φτερά πτηνών (ορνιθόπτερα) για εξελικτικά μοτίβα.
Οι αρσενικές έδειξαν μεγαλύτερη διαφορετικότητα, επιβεβαιώνοντας τη θεωρία της σεξουαλικής επιλογής του Δαρβίνου, ενώ οι μικρές διαφορές στα θηλυκά ευθυγραμμίζονται με τη θεωρία της φυσικής επιλογής του Άλφρεντ Ράσελ Ουάλας.
Η πρωτοποριακή έρευνα με τεχνητή νοημοσύνη στις πεταλούδες διερεύνησε την ελάχιστα μελετημένη εξέλιξη των θηλυκών και προστίθεται σε μια συζήτηση μεταξύ των θεμελιωτών της εξέλιξης.
Η μελέτη του Πανεπιστημίου του Essex -που δημοσιεύθηκε στο Communications Biology– διερευνά την αντιπαράθεση μεταξύ των επιστημόνων της Βικτωριανής εποχής Κάρολου Δαρβίνου και Άλφρεντ Ράσελ Ουάλας.
Ο Δαρβίνος πίστευε ότι τα αρσενικά είχαν περισσότερες διαφορές, καθώς τα θηλυκά συχνά επέλεγαν συντρόφους με βάση την εμφάνιση των αρσενικών.
Αντίθετα, ο Ουάλας πίστευε ότι η φυσική επιλογή μεταξύ των δύο φύλων αποτελούσε τον μεγαλύτερο παράγοντα της διαφοράς.
Για πάνω από έναν αιώνα, οι επιστήμονες μελετούσαν κυρίως τα αρσενικά επειδή οι διαφορές τους είναι πιο εμφανείς, ενώ τα θηλυκά, με τις πιο ανεπαίσθητες εξελικτικές μεταβολές, είχαν μελετηθεί λιγότερο.
Με τη χρήση υψηλής τεχνολογίας μηχανικής μάθησης η Δρ Τζένιφερ Χόγιαλ Κάθιλ εξέτασε περισσότερες από 16.000 αρσενικές και θηλυκές ορνιθόπτερες πεταλούδες, με συνεργάτες από το Μουσείο Φυσικής Ιστορίας και το ερευνητικό ινστιτούτο τεχνητής νοημοσύνης Cross Labs, Cross Compass.
Αυτή είναι η πρώτη φορά που διερευνήθηκαν οι οπτικές διαφορές μεταξύ των φύλων σε όλα τα είδη, τα οποία ζουν στη Νοτιοανατολική Ασία και την Αυστραλασία.
Οι ορνιθόπτερες πεταλούδες επιλέχθηκαν για τη μελέτη αυτή λόγω των θεαματικών χρωματικών σχεδίων των φτερών τους και των διαφορών μεταξύ αρσενικών και θηλυκών.
Η Δρ Χόγιαλ Κούθιλ, δήλωσε: «Αυτή είναι μια εξαιρετικά ενδιαφέρουσα χρονική στιγμή, κατά την οποία η μηχανική μάθηση επιτρέπει νέες, μεγάλης κλίμακας δοκιμές σε μακροχρόνια ερωτήματα της εξελικτικής επιστήμης».
Και συνέχισε. «Για πρώτη φορά είμαστε σε θέση να μετρήσουμε τις ορατές προεκτάσεις της εξέλιξης για να ελέγξουμε πόσες διαφορές υπάρχουν σε διάφορες βιολογικές ομάδες και μεταξύ αρσενικών και θηλυκών».
«Η μηχανική μάθηση μας προσφέρει νέες πληροφορίες για τις εξελικτικές διαδικασίες που δημιουργούν και διατηρούν τη βιοποικιλότητα, μεταξύ άλλων και σε ιστορικά παραμελημένες ομάδες».
Η μελέτη εξέτασε φωτογραφίες πεταλούδων από τις συλλογές του Μουσείου Φυσικής Ιστορίας, οι οποίες παρουσιάζουν μια σειρά χαρακτηριστικών, όπως σχήματα φτερών, χρώματα και μοτίβα, σε διάφορα είδη.
Διαπίστωσε ότι ενώ τα αρσενικά έχουν συχνά πιο διαφοροποιημένα σχήματα και μοτίβα, τόσο τα αρσενικά όσο και τα θηλυκά συμβάλλουν στις συνολικές διαφορές.
Η έρευνα έδειξε ότι στις πεταλούδες βρέθηκαν εξελικτικά μοτίβα που είχαν προβλεφθεί τόσο από τον Δαρβίνο όσο και από τον Ουάλας.
Δείχνοντας ότι τόσο τα αρσενικά όσο και τα θηλυκά συμβάλλουν στις διαφοροποιήσεις μεταξύ των ειδών.
Τα αρσενικά παρουσίαζαν περισσότερες διαφορές στην εμφάνιση, γεγονός που ταιριάζει με την άποψη του Δαρβίνου ότι τα θηλυκά επιλέγουν συντρόφους με βάση τα εξωτερικά χαρακτηριστικά.
Ωστόσο, η μηχανική μάθηση εντόπισε επίσης μικρές διαφοροποιήσεις στα θηλυκά, που ταιριάζουν με τις προβλέψεις του Ουάλας σχετικά με τη φυσική επιλογή που επιτρέπει την ποικιλομορφία στους θηλυκούς φαινότυπους.
Η Δρ Χόγιαλ Κάθιλ δήλωσε: «Οι ορνιθόπτερες πεταλούδες έχουν περιγραφεί ως μία από τις πιο όμορφες πεταλούδες στον κόσμο. Η μελέτη αυτή μας προσφέρει νέες πληροφορίες για την εξέλιξη της σημαντικής αλλά απειλούμενης ποικιλομορφίας τους».
Και συνέχισε. «Σε αυτή τη μελέτη περίπτωσης των φωτογραφιών ορνιθόπτερων πεταλούδων, το φύλο είναι αυτό που φαίνεται να έχει οδηγήσει στη μεγαλύτερη εξελικτική αλλαγή, συμπεριλαμβανομένων των εξαιρετικά αρσενικών σχημάτων, χρωμάτων και μοτίβων».
«Ωστόσο, εντός της ομάδας των πεταλούδων, εντοπίσαμε παραδείγματα που έρχονται σε αντίθεση, όπου οι θηλυκές πεταλούδες είναι πιο διαφοροποιημένες ως προς τον ορατό φαινότυπο από ό,τι οι αρσενικές, και αντίστροφα».
Η μεγάλη ορατή ποικιλομορφία μεταξύ των αρσενικών πεταλούδων επιβεβαιώνει την πραγματική σημασία της σεξουαλικής επιλογής από την επιλογή της θηλυκής συντρόφου στην αρσενική ποικιλομορφία, όπως είχε αρχικά προτείνει ο Δαρβίνος. Ωστόσο, οι περιπτώσεις όπου οι θηλυκές πεταλούδες έχουν πιο ορατές διαφορές από τα αρσενικά του είδους τους, υποστηρίζουν έναν πρόσθετο, σημαντικό ρόλο της φυσικά επιλεγμένης θηλυκής ποικιλομορφίας στιες διαφορές μεταξύ των ειδών, όπως πρότεινε ο Ουάλας.
Συμπερασματικά, αυτές οι μελέτες μεγάλης κλίμακας για την εξέλιξη με τη χρήση μηχανικής μάθησης προσφέρουν νέες ευκαιρίες για την επίλυση συζητήσεων που εκκρεμούν από τις απαρχές της εξελικτικής επιστήμης.
