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    一亿年前的昆(kūn)虫伪装被人工智能技术“揭穿”

    2021/08/31新华日报405

    自然界中,不(bú)少动物演化出(chū)了神奇的“伪(wěi)装术”,帮助他们躲(duǒ)避天敌或(huò)捕捉猎物。拟态是其中比(bǐ)较常见的一种,如(rú)竹节虫拟态树枝、螽斯拟态树叶等。但(dàn)在漫(màn)长的地质历史中,昆虫的这些伪装本领(lǐng)是如何(hé)起源以及演化的,我们知之甚少。近日,中国(guó)科(kē)学院南(nán)京地质古(gǔ)生物研究所用(yòng)人工智能技术对(duì)一(yī)亿年前白垩纪缅(miǎn)甸琥珀进行定量化计算,成功判定了昆(kūn)虫(chóng)拟(nǐ)态植物最(zuì)早(zǎo)的的(de)化石记录,相(xiàng)关研究成果近日在线发表在《历史(shǐ)生物学》上。

    人工智能



    “本次发现(xiàn)的拟态植物昆虫为直翅目蚤蝼(lóu)科的昆虫,该物种被命名为王氏拟(nǐ)叶蚤蝼。” 研究员王博介绍,从形态上观察,拟叶蚤蝼与同时期苔(tái)类和卷柏类植物表现(xiàn)出了(le)极高的相(xiàng)似性:中足腿节与胫节折(shé)叠后,与卷柏类植(zhí)物的小叶极度(dù)相(xiàng)似;后足腿节(jiē)异常膨(péng)大,与卷柏类(lèi)等植物的叶片(piàn)极其相似。经过度(dù)量,拟(nǐ)叶(yè)蚤蝼(lóu)与卷柏类等植物(wù)在(zài)尺(chǐ)寸上也(yě)极为接(jiē)近(jìn),更加证明了拟(nǐ)叶蚤蝼的拟态(tài)行为。


    随(suí)后,他们使用孪(luán)生(shēng)神(shén)经网络对地质历史时期的(de)拟态行为进行了定(dìng)量分(fèn)析,并提供了一套(tào)初步的定量判定模型与方法。王博告(gào)诉记者,孪生(shēng)神(shén)经网络是近年(nián)来新发展的人(rén)工智能(néng)分析技术,被广泛应用于(yú)图(tú)像(xiàng)相(xiàng)似度衡量中(zhōng)。其主要利用对抗的思想,每次输入一对图片,使得经算法优化的目标与相似(sì)图像(xiàng)对距离更(gèng)小,不相似的图像对之间距离更大。孪生神经网络还可以(yǐ)提取肉(ròu)眼无法观察到的多维信息,从而对不同图片之(zhī)间的语义距(jù)离进行定量(liàng)化计算。由此,便可以(yǐ)定量化计算出不同图像之间的不相似度数值,从而客观地(dì)判(pàn)断不同(tóng)图像之间的(de)相(xiàng)似性。


    “孪生(shēng)神经网络的定量化计算进一步证明拟叶蚤(zǎo)蝼的拟(nǐ)态行为。使用相似图(tú)像对数据集的1836个(gè)图像(xiàng)对对孪生神经网络(luò)进行初步(bù)训练(liàn),得出(chū)现生昆虫是否拟态的判定值(zhí)域。” 王博解释,通过计算得出的判定值域确认(rèn)化石中昆(kūn)虫是否拟(nǐ)态。


    此(cǐ)次(cì)研究发现了七枚覆物伪装(zhuāng)昆虫,涉及两大类昆(kūn)虫(啮虫目和半(bàn)翅目蟾蝽科)。其中六枚(méi)啮(niè)虫目昆虫包括三个形态种类,一枚蟾蝽科(kē)昆(kūn)虫包(bāo)含一(yī)个形态种类。该蟾蝽(chūn)科昆虫的背上(shàng)覆盖有大量的碎屑(xiè)物(wù),包括(kuò)土壤颗粒、砂(shā)砾和植物(wù)碎屑等(děng)。这类(lèi)昆虫极有可能利用背部的刚毛将碎屑物质粘在其背上。研究还发现在(zài)有花植物大辐(fú)射之前,大部分具有覆物行为的昆虫,都已经演化出(chū)了覆物伪装这一复杂行(háng)为(wéi)。

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