- Gli scienziati dei giardini botanici di Sydney hanno sfruttato i nuovi progressi nell’apprendimento automatico per studiare le specie di alberi di eucalipto australiani, svelando la loro trasformazione nel corso di milioni di anni.
- Una nuova ricerca pubblicata sulla rivista Ecology Today analizza un set di dati senza precedenti di oltre 50.000 immagini digitali di esemplari di alberi di eucalipto, alcuni risalenti al 1839, per rivelare se le foglie della specie si sono evolute come ha fatto il suo clima.
- Questi risultati potrebbero aiutare ad affrontare le principali minacce alle nostre piante, come il cambiamento climatico e la perdita di biodiversità.
I progressi nell’intelligenza artificiale hanno contribuito a scoprire la storia evolutiva di un iconico albero australiano, che gli scienziati hanno salutato come un “agente di cambiamento” nell’affrontare minacce come il cambiamento climatico e la perdita di biodiversità.
In questo studio pionieristico, gli scienziati dei Giardini Botanici di Sydney e dell’Università del Nuovo Galles del Sud (UNSW) hanno utilizzato l’intelligenza artificiale per analizzare un numero senza precedenti di foglie di alberi di eucalipto (Eucalyptus, Angophora e Cormia) e hanno acquisito straordinarie informazioni su come questo albero nativo la specie si è evoluta con il clima.
I risultati, pubblicati sulla rivista Ecology Today, forniscono un set di dati senza precedenti di oltre 50.000 immagini digitali di esemplari di alberi di eucalipto, alcuni risalenti al 1839, per rivelare se le foglie della specie si sono evolute come ha fatto il suo clima.
Ciò fa seguito a una ricerca condotta lo scorso anno, in cui gli scienziati dei Giardini Botanici di Sydney e dell’Università del Nuovo Galles del Sud hanno creato un programma di apprendimento automatico per esaminare milioni di campioni di piante conservati negli erbari di tutto il mondo. Questo approccio ha fornito una risorsa che in precedenza non era stata disponibile per i ricercatori; La vastità delle collezioni di erbari era troppo grande per essere misurata dagli esseri umani.
In questo primo studio, il team ha analizzato 3.000 esemplari delle specie Syzygium e Ficus, utilizzando un metodo di “visione computerizzata” per osservare le dimensioni delle loro foglie. Hanno scoperto che, contrariamente ai modelli frequentemente osservati tra le specie, la dimensione delle foglie all’interno di una specie non aumenta nei climi più caldi e umidi.
Ora, i ricercatori dei Giardini Botanici di Sydney e dell’Università del Nuovo Galles del Sud hanno fatto un ulteriore passo avanti in questo fenomeno, analizzando uno degli alberi più famosi e amati dell’Australia, l’eucalipto, per capire come le dimensioni delle sue foglie sono cambiate con il clima nel corso di milioni di persone. di anni.
Karina Gu, scienziata dei Giardini botanici di Sydney, ha affermato che ciò dimostra come l’intelligenza artificiale stia cambiando la botanica.
“Utilizzando l’intelligenza artificiale, siamo stati in grado di lavorare con enormi quantità di dati, cosa che prima non era possibile fare”, ha affermato Joe.
“È stato un punto di svolta nel trovare i dettagli delle piante, aiutandoci a dipingere un quadro molto dettagliato del passato.
“Invece di valutare manualmente migliaia di immagini di campioni, cosa che può richiedere anni, l’apprendimento automatico può esaminarne decine di migliaia in meno di quattro giorni”.
In questo studio, il team ha utilizzato due modelli di machine learning eseguiti in sequenza, anziché uno solo, migliorando significativamente la precisione del set di dati. Questo set di dati è stato utilizzato per raggiungere due risultati principali.
“Sapevamo già che le dimensioni delle foglie delle piante cambiano lungo i gradienti climatici. Dalle condizioni fredde e umide a quelle calde e secche, le foglie tendono a diventare più piccole per compensare le crescenti restrizioni sulla disponibilità di acqua.”
Utilizzando il set di dati di apprendimento automatico, i ricercatori hanno prima confermato i collegamenti tra le dimensioni delle foglie misurate sui campioni di erbe e il clima da cui sono stati raccolti tali campioni.
“Nella scienza, è molto importante confermare nuove scoperte che convalidano vecchie credenze. Il primo passo per noi quando abbiamo utilizzato questa nuova serie di dati è stato innanzitutto confermare che foglie generalmente più grandi sono state trovate in climi più caldi e umidi”, ha detto Gu.
Gli scienziati sono poi andati oltre, studiando i legami precedentemente menzionati tra clima e dimensione delle foglie, ma all’interno di gruppi di alberi di diverse età evolutive. “Questo studio ha approfondito i risultati interessanti suggeriti dalla ricerca iniziale”, afferma Gu.
Le piante sono divise in gruppi tassonomici, dove la specie è la più giovane e la più giovane. In ordine tassonomico ci sono sottogeneri, generi e famiglie, ciascun gruppo più grande e più antico del precedente. Utilizzando questo nuovo set di dati, gli scienziati sono stati in grado di risolvere il modo in cui l’antica ipotesi sulla dimensione delle foglie e sul clima è cambiata in questi diversi gruppi.
“Nei gruppi più piccoli, all’interno delle specie, gli alberi hanno mostrato in media una relazione tra dimensioni delle foglie e clima, e la loro forma delle foglie non è cambiata in periodi di tempo più brevi”, ha detto Gu.
“Ad esempio, negli eucalipti rossi di Sydney (Angophora costata), le dimensioni delle foglie erano maggiori negli individui provenienti da climi caldi e secchi rispetto a quelli della stessa specie nelle regioni più umide e fresche.”
Il team ha scoperto che, esaminando gruppi tassonomici più ampi, come i sottogeneri, alcuni risalenti fino a 8 milioni di anni fa, questi cambiavano la forma delle foglie per adattarsi al clima.
Questi antichi gruppi di alberi hanno, nel corso di milioni di anni, sostituito altre specie se erano più adatte alle condizioni climatiche, piuttosto che specie che si sono evolute per avere foglie di dimensioni diverse.
“Estrarre questo livello dettagliato di comprensione dell’evoluzione è raro perché è insolito disporre di dati provenienti da così tante specie, così come così tanti dati da luoghi e climi diversi all’interno della stessa specie”, afferma Jason Bragg, scienziato del Sydney Botanic. Giardini.
“La combinazione dell’apprendimento automatico con l’uso di campioni di erbario ha un enorme potenziale nelle scienze ambientali. Ha ancora molto da offrire in termini di comprensione del modo in cui i tratti delle piante sono distribuiti e di come gli ambienti li hanno modellati nel corso della storia evolutiva.”
Gli scienziati di tutto il mondo raccolgono campioni di piante da centinaia di anni, conservandoli in biblioteche conosciute come erbari.
Lo spostamento globale verso la digitalizzazione di queste collezioni ha visto il NSW National Herbarium completare il più grande progetto di digitalizzazione nell’emisfero australe. Visualizzando e archiviando sistematicamente più di un milione di esemplari di piante, il progetto presenta enormi vantaggi per la ricerca sulle piante e servirà a proteggere gli esemplari fragili per le generazioni future.
Il ricercatore dell’Università del New South Wales Will Cornwell ha descritto questa nuova capacità di scoprire dati precedentemente inaccessibili come rivoluzionaria.
“I campioni digitali ci hanno permesso di approfondire la comprensione della nostra specie come mai prima d’ora, il che potrebbe aiutarci ad affrontare le principali minacce alle nostre piante, come il cambiamento climatico e la perdita di biodiversità”, ha affermato Cornwell.
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