自然界中,不少动物演化出了神奇的(de)“伪装术”,帮助他(tā)们躲(duǒ)避天(tiān)敌或捕捉猎(liè)物。拟态是其(qí)中比较(jiào)常见(jiàn)的一种,如(rú)竹节虫拟态树枝、螽斯拟(nǐ)态树叶等。但在漫长的地质历史中,昆虫的这些伪(wěi)装本领是(shì)如何(hé)起(qǐ)源以及(jí)演化(huà)的,我们知之甚(shèn)少(shǎo)。近日(rì),中国科学院南京地质(zhì)古生物研究所用人(rén)工智能技术对一亿年前白垩纪缅甸琥珀进行定(dìng)量化(huà)计算,成功判定了昆虫拟态(tài)植(zhí)物(wù)最早的的化石记录,相(xiàng)关研(yán)究成果近日在线发表在《历史生物学》上。
“本次发(fā)现的拟态植物昆虫为(wéi)直翅目蚤(zǎo)蝼科(kē)的昆虫,该物种被命名为王氏拟叶(yè)蚤蝼。” 研究员王博介绍,从形态上观(guān)察,拟(nǐ)叶蚤蝼(lóu)与(yǔ)同时期苔类和卷柏类植物表现出(chū)了极(jí)高的相似性:中足腿节与胫节折叠后,与(yǔ)卷柏类植物的小叶(yè)极度相似(sì);后足(zú)腿节异(yì)常膨大,与卷柏类(lèi)等植物的叶(yè)片极其相似。经(jīng)过度(dù)量(liàng),拟叶蚤蝼与卷柏类(lèi)等(děng)植(zhí)物在尺寸上也极为接近(jìn),更加证明了拟叶蚤蝼的拟态行为(wéi)。
随后,他(tā)们(men)使用(yòng)孪生神经网络对地质(zhì)历史时(shí)期的拟态行为进行(háng)了定量分析,并提供了一套(tào)初步的定量(liàng)判定模(mó)型与方法。王博告诉记者,孪生神经(jīng)网络是近年(nián)来新发展(zhǎn)的人工智能分(fèn)析技术,被广泛应用于图像相似度(dù)衡量中。其主要(yào)利用对抗的思想,每(měi)次输(shū)入一对图片(piàn),使得经算(suàn)法优化的(de)目标与相似图像对距离(lí)更(gèng)小,不相似的(de)图像对之间距离更(gèng)大。孪生神经(jīng)网(wǎng)络还可以提取肉眼无法观察到的(de)多维(wéi)信(xìn)息,从而(ér)对不同图片之间(jiān)的语(yǔ)义距离(lí)进行定(dìng)量化计算。由此,便可以(yǐ)定量化计算出不同(tóng)图像之间的不相似度(dù)数值(zhí),从而(ér)客观地判断不同图像之间的(de)相似性。
“孪生神经(jīng)网络的(de)定量化(huà)计算进一步证(zhèng)明拟叶蚤(zǎo)蝼的拟态行为(wéi)。使用相似图像对数据集的1836个(gè)图像对对孪(luán)生神经网络进行初步训练,得出现生昆虫是否拟态(tài)的判定值域。” 王博解释,通过计算得出的判定值(zhí)域确(què)认(rèn)化石中昆(kūn)虫是否拟态(tài)。
此次研究(jiū)发现了七枚覆(fù)物伪装昆虫,涉及两大类昆虫(啮(niè)虫目和半翅目蟾(chán)蝽科(kē))。其中(zhōng)六(liù)枚啮虫目昆虫(chóng)包括三(sān)个形态种类,一枚蟾蝽科昆(kūn)虫包含一个形态种类。该(gāi)蟾蝽(chūn)科昆虫(chóng)的(de)背上覆盖有大(dà)量(liàng)的碎屑物,包括土壤颗粒、砂砾和植(zhí)物碎屑等。这类昆虫极(jí)有可能利用背部(bù)的刚毛(máo)将碎屑物(wù)质(zhì)粘在其背上(shàng)。研究还发现在有花(huā)植物(wù)大辐射之前,大部(bù)分(fèn)具(jù)有(yǒu)覆(fù)物行为的昆(kūn)虫,都已经演化出了覆物(wù)伪装这一复杂行为。