自然界中,不少动物(wù)演化出了神(shén)奇的(de)“伪装术(shù)”,帮助他们躲避(bì)天敌或捕捉猎物。拟态是其中比较常见的一种,如竹节虫拟(nǐ)态树(shù)枝、螽斯拟态树叶等。但在漫长的地质历史中,昆虫的(de)这些伪装本领是如(rú)何起源以(yǐ)及(jí)演化的,我们(men)知之甚少。近日,中国科学院南京(jīng)地(dì)质(zhì)古生物研究所用人工智能技术对一亿年前白(bái)垩纪缅甸琥珀进行定量化计算,成功(gōng)判(pàn)定了昆虫拟态植物最早的的化石记录,相关研(yán)究成(chéng)果近日在线发表在《历史生物(wù)学》上。
“本次发现的拟态植物昆虫为直翅目(mù)蚤蝼科(kē)的昆虫,该物种被命名为王氏(shì)拟叶(yè)蚤蝼(lóu)。” 研究员王博介绍,从形态上观察,拟叶蚤蝼与(yǔ)同(tóng)时(shí)期苔类和卷柏类植(zhí)物表(biǎo)现出了极高(gāo)的相似性(xìng):中足腿节(jiē)与胫节(jiē)折叠(dié)后,与卷柏类植(zhí)物的小叶极度相似;后足腿节异常膨大,与卷柏类等植物的叶(yè)片(piàn)极其相似。经过度量,拟叶蚤蝼与(yǔ)卷(juàn)柏类等植物在尺寸(cùn)上也极为接(jiē)近(jìn),更加证(zhèng)明了拟叶蚤蝼的拟态行为。
随后(hòu),他们(men)使用孪生神经网(wǎng)络对地质(zhì)历史时期(qī)的拟态行(háng)为(wéi)进行(háng)了定量分(fèn)析(xī),并提供了一套初步(bù)的定量判定(dìng)模型与方法。王博告(gào)诉(sù)记者,孪生神经网络是近年来新发展的人工智能分析技(jì)术,被广泛(fàn)应用(yòng)于图像相似度衡量中(zhōng)。其主(zhǔ)要利用对抗的(de)思想,每次输入(rù)一对图片,使(shǐ)得经算法优化(huà)的目标与(yǔ)相似图像对距(jù)离(lí)更小,不(bú)相似(sì)的图像对之间距离(lí)更(gèng)大。孪(luán)生神经网络(luò)还可(kě)以提取肉眼无法观察到的多(duō)维信息,从而对不同图片之(zhī)间的语义距离进行定量化(huà)计算。由此,便(biàn)可以(yǐ)定量化计算出不同图像之间的不相似度(dù)数值(zhí),从(cóng)而客(kè)观地(dì)判断不同图像之(zhī)间的相似性。
“孪生神经网络的定量化(huà)计算(suàn)进一步证明拟叶蚤(zǎo)蝼的拟态行为。使用相(xiàng)似图像对数据集的(de)1836个图像对对孪生神经(jīng)网(wǎng)络进行初步训练,得出现生(shēng)昆(kūn)虫是否(fǒu)拟态(tài)的判定值域。” 王博解(jiě)释,通过(guò)计算得出(chū)的判定值域确认化石中昆(kūn)虫是(shì)否(fǒu)拟态。
此次研究发现了七枚覆(fù)物伪装昆虫,涉及两大类昆虫(啮虫目(mù)和半(bàn)翅目(mù)蟾蝽科)。其中(zhōng)六枚啮虫目昆虫包括(kuò)三个形态种类,一枚蟾蝽科昆(kūn)虫包(bāo)含一个(gè)形态种类。该(gāi)蟾蝽科(kē)昆虫的背(bèi)上覆盖有大量的碎屑物,包(bāo)括土壤颗粒、砂砾(lì)和植物(wù)碎屑等。这类昆虫极有可能利用背部的刚毛将碎屑物质(zhì)粘在其背上(shàng)。研究(jiū)还发现在有花植(zhí)物大(dà)辐射之前,大部分具(jù)有(yǒu)覆物行为的昆虫,都已经演化(huà)出了(le)覆物(wù)伪装这(zhè)一复杂行为。