Ученые намерены глубже понять жизнь на Земле благодаря имиджеомике

Имиджеомика, новая область науки, за последний год добилась потрясающих успехов и, по словам одного из основателей этой дисциплины, стоит на пороге важных открытий о жизни на Земле.

Таня Бергер-Вольф, директор факультета Translational Data Analytics Institute в Университете штата Огайо, рассказала о состоянии имиджеомики в своем докладе на ежегодном собрании Американской ассоциации содействия развитию науки 17 февраля 2024 года.

Имиджеомика достигла совершеннолетия и готова к первым крупным открытиям, — сказала Бергер-Вольф в интервью перед началом встречи.

Что же такое эта имиджеомика? Имиджеомика — это новая междисциплинарная научная область, направленная на использование инструментов машинного обучения для понимания биологии организмов, в частности биологических признаков, на основе изображений.

По словам Бергер-Вольф, директора Института имиджеомики в штате Огайо, финансируемого Национальным научным фондом, эти изображения могут быть получены с помощью фотоловушек, спутников, беспилотников — даже с фотографий животных, сделанных туристами во время отпуска, например зебр или китов.

Эти изображения содержат огромное количество информации, которую ученые не могли правильно проанализировать и использовать до появления искусственного интеллекта и машинного обучения.

Эта область является новой — Институт имиджеомики был основан только в 2021 году, — но уже сейчас в ней происходят большие события, рассказала Бергер-Вольф в интервью AAAS.

Одна из основных областей исследований, которая находится в стадии становления, связана с тем, как фенотипы — наблюдаемые черты животных, которые можно увидеть на изображениях — связаны с их геномом, последовательностью ДНК, которая создает эти черты.

Мы находимся на пороге понимания прямых связей между наблюдаемым фенотипом и генотипом, — говорит она.

Мы не смогли бы сделать это без имиджеомики. Она продвигает вперед как искусственный интеллект, так и биологическую науку.

В качестве примера достижений имиджеомики Бергер-Вольф привела новое исследование бабочек. Она и ее коллеги изучают мимиков — виды бабочек, которые внешне похожи на другие виды. Одна из причин мимикрии — желание выглядеть как вид, который хищники, например птицы, избегают из-за его непривлекательного вкуса.

В таких случаях птицы, как и люди, не могут различить виды, глядя на них, хотя сами бабочки знают разницу. Однако машинное обучение позволяет анализировать изображения и узнавать тончайшие различия в цвете или других признаках, которые отличают виды бабочек.

Мы не можем их различить, потому что эти бабочки эволюционировали не для нашего блага. Они развивались для того, чтобы подавать сигналы своему виду и хищникам, — говорит она.

Сигнал есть — просто мы его не видим. Машинное обучение может позволить нам узнать, в чем заключаются эти различия.

Но кроме этого, с помощью имиджеомики можно изменить изображения бабочек, чтобы понять, насколько сильными должны быть отличия мимиков, чтобы обмануть птиц. Исследователи планируют распечатать реалистичные изображения бабочек с тонкими различиями, чтобы посмотреть, на какие из них реагируют настоящие птицы.

Это нечто новое в использовании искусственного интеллекта, чего раньше не было.

Мы используем ИИ не для того, чтобы просто повторить то, что мы знаем. Мы используем ИИ для создания новых научных гипотез, которые действительно можно проверить. Это захватывающе, — говорит Бергер-Вольф.

Исследователи идут еще дальше, используя подход имиджеомики, чтобы связать эти тонкие различия во внешнем виде бабочек с фактическими генами, которые приводят к этим различиям.

В ближайшие несколько лет мы узнаем много нового, что продвинет имиджеомику в новые области, о которых мы сейчас можем только мечтать, — говорит она.

Одна из главных целей — использовать новые знания, полученные с помощью имиджеомики, для поиска способов защиты исчезающих видов и мест их обитания.

В ближайшие годы имиджеомика принесет много пользы, — заключает Бергер-Вольф.

17.02.2024