Eine neue internationale Studie unter Leitung von Valentina Todisco aus der Arbeitsgruppe Zoologische Evolutionsbiologie von Prof. Jan C. Habel der Universität Salzburg (Fachbereich Umwelt und Biodiversität) hat neue Einblicke in die Evolution des bekannten Schmetterlings Papilio machaon, dem Schwalbenschwanz geliefert. Die aktuellen Forschungsergebnisse zeigen, dass die sehr weit verbreitete Tagfalterart mehrere unterschiedliche evolutionäre Linien umfasst.

Auf Grundlage umfangreicher genetischer Analysen in Kombination mit modernen Techniken des maschinellen Lernens untersuchten die Forscher*innen Individuen dieser Schmetterlingsart über den gesamten paläarktischen Raum – von Westeuropa und Nordafrika über Zentralasien und bis nach Ost- und Südostasien. Die Studie liefert damit eine der bisher umfassendsten Rekonstruktionen der Evolution eines Schmetterlings-Artenkomplexes und aktualisiert die ursprüngliche klassische Einordnung des Schwalbenschwanzes.

Erstmals wurde bei einer solchen Studie maschinelles Lernen mit genetischen Daten verknüpft, um die Evolutionsgeschichte dieser Schmetterlingsart zu entschlüsseln. Mithilfe eines auf Hunderten von Schmetterlingsfotos trainierten Faltungsneuronalen Netzwerks quantifizierten die Wissenschafter*innen Unterschiede in den Flügelmustern und Flügelformen. Diese maschinellen Lernanalysen wurden dann mit DNA-basierten phylogenetischen Ergebnissen verglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die automatisierten Bildanalysen weitgehend mit den genetischen Ergebnissen übereinstimmen – ein Hinweis darauf, dass maschinelles Lernen zuverlässig evolutionäre Muster erkennt, die mit traditionellen Ansätzen zum Teil nur schwer zu identifizieren sind.

Eine wesentliche Stärke der Studie ist ihre umfangreiche Datengrundlage. Das Team analysierte 585 Exemplare des Schmetterlings, die größte jemals für diese Schwalbenschwanzart zusammengestellte Probenmatrix. Wichtig ist, dass die Studie auch Individuen aus der seltenen britischen Population und Unterart Papilio machaon britannicus berücksichtigt. Diese Unterart ist auf einige wenige Standorte in den Norfolk Broads im Osten Englands beschränkt. Durch die Einbeziehung dieser Population konnten die Forscher*innen die britischen Schmetterlinge in einen viel breiteren evolutionären Kontext stellen und die Bedeutung dieser einzigartigen Populationen für den Artenschutz hervorheben.

Die Ergebnisse zeigen, dass der Artenkomplex des Schwalbenschwanzes der Alten Welt deutlich vielfältiger ist als bisher angenommen. Genetische und morphologische Daten stützen die Existenz mehrerer unterschiedlicher Arten innerhalb einer Gruppe, die historisch als eine einzige weit verbreitete Art behandelt wurde, neben mehreren eng verwandten Linien in Asien und Nordafrika.

Die Studie rekonstruiert zudem einen detaillierten evolutionären Zeitstrahl, der darauf hindeutet, dass die Gruppe vor etwa 12,5 Millionen Jahren entstand und sich in Folge der klimatischen Veränderungen des Miozäns und Pleistozäns in Eurasien diversifizierte. Diese Forschungsarbeit liefert nicht nur wertvolle neue Einblicke in die Evolution eines bekannten Schmetterlings, sondern zeigt auch, welches Potenzial die Kombination aus Genomik, großen Datensätzen und maschinellem Lernen für unser Verständnis von Biodiversität und Evolution bereitstellt.

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KONTAKT:

Dr.ⁱⁿ Valentina Todisco, Ph. D. | Postdoctoral fellow
Department Environment and Biodiversity
Hellbrunnerstraße 34 | 5020 Salzburg | Austria
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Tel: +43 662 8044-5605