Система компьютерного зрения показала, что крылья птиц эволюционировали для терморегуляции, а не только для полета

Новая система компьютерного зрения подтвердила, что правило Аллена — более длинные конечности у животных в теплом климате — применимо и к крыльям птиц. Это меняет понимание эволюции крыльев, добавляя к требованиям механики полета необходимость терморегуляции.

Исследование, опубликованное в Global Ecology and Biogeography, — результат шестилетнего сотрудничества экологов и специалистов по компьютерным наукам из Мичиганского университета и Нью-Йоркского университета.

Система команды, «Skelevision», использует искусственный интеллект для автоматического распознавания и измерения птичьих костей по фотографиям. Глубокие нейронные сети определяют отдельные кости на изображениях образцов, идентифицируют их тип и создают точный цифровой контур каждой.

До появления этой технологии исследователи изучали скелетные признаки на относительно небольших выборках. Трудоемкий процесс ручного измерения хрупких костей штангенциркулем создавал смещение в сторону более легко измеряемых внешних признаков.

Исследователи разработали комплексную систему для анализа скелетов птиц, включая аппаратное обеспечение для съемки и программное обеспечение на основе ИИ. Этот подход сократил время обработки образца с 15–30 минут примерно до одной минуты. Методология была подтверждена в статье 2022 года в Methods in Ecology and Evolution, показав точность Skelevision на 12 450 образцах птиц.

Эффективность системы позволила проанализировать измерения костей крыла у 1 520 видов воробьиных птиц из 80 семейств со всех континентов, кроме Антарктиды. Образцы поступили в основном из Музея зоологии Мичиганского университета, а затем коллекция была дополнена образцами из Филдовского музея естественной истории в Чикаго.

Кости крыла играют уникальную роль в терморегуляции. При полете они становятся критически важными для рассеивания огромного количества тепла, вырабатываемого летательными мышцами. Полученная закономерность — более длинные кости крыла в теплом климате — обусловлена в первую очередь потребностью в эффективном охлаждении, а не сохранении тепла.

Даже такие критически важные признаки, как крылья, которые традиционно изучали только с точки зрения механики полета, формируются под влиянием требований терморегуляции. Это имеет важные последствия для понимания того, как птицы могут реагировать на изменение климата.

Технология сейчас расширяется за счет усовершенствованной системы 3D-сканирования для измерения дополнительных свойств, таких как объем и площадь поверхности. Исследователи также опубликовали свой набор данных и исходный код в открытом доступе.