Hormigas desconocidas son descubiertas mediante inteligencia artificial

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El primer mapa de alta resolución sobre diversidad global de las hormigas, que combina conocimiento previo con aprendizaje automático, reveló zonas que pueden esconder especies desconocidas.

Las hormigas son importantes para el funcionamiento de los ecosistemas, ya que desempeñan funciones vitales, como la aireación del suelo y la dispersión de semillas y nutrientes y la búsqueda de carroña y la depredación de otras especies. Pero falta una visión global de su diversidad.

Este proyecto, que duró una década, utiliza datos de repositorios en línea, colecciones de museos y unas 10,000 publicaciones científicas, y también tiene en cuenta el sesgo del muestreo. Sus autores, que publican sus resultados en Science Advances, afirman que ayudará a incorporar a las hormigas, y a los invertebrados terrestres en general, al debate sobre la conservación de la biodiversidad.

Las hormigas son cazadoras, agricultoras, recolectoras, pastoras, tejedoras y carpinteras, y forman una gran parte de nuestro mundo. Comprenden más de 14,000 especies y una gran fracción de la biomasa animal en la mayoría de los ecosistemas terrestres.

Como otros invertebrados, las hormigas son importantes para el funcionamiento de los ecosistemas. Desempeñan papeles vitales, desde la aireación del suelo y la dispersión de semillas y nutrientes, hasta la búsqueda de carroña y la depredación de otras especies. Sin embargo, se carece de una visión global de su diversidad.

CONSERVACIÓN DE LA BIODIVERSIDAD CON HORMIGAS

Ahora, investigadores de la Unidad de Biodiversidad y Biocomplejidad del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST), en Japón, en colaboración con múltiples institutos de todo el mundo, desarrollaron un mapa de alta resolución que combina los conocimientos existentes con el aprendizaje automático para estimar y visualizar la diversidad global de las hormigas

“Este estudio ayuda a añadir a las hormigas, y a los invertebrados terrestres en general, al debate sobre la conservación de la biodiversidad. Necesitamos conocer las localizaciones de los centros de alta diversidad de invertebrados para conocer las zonas que pueden ser objeto de futuras investigaciones y de protección del medio ambiente”, destaca en un comunicado el profesor Evan Economo, que dirige la Unidad de Biodiversidad y Biocomplejidad.

Añade que el recurso también servirá para responder a una serie de preguntas biológicas y evolutivas, como por ejemplo cómo se diversificó la vida y cómo surgieron los patrones de diversidad.

Este proyecto comenzó cuando el doctor Benoit Guénard, actualmente en la Universidad de Hong Kong, coautor del estudio y antiguo postdoctorado del OIST, trabajó con el profesor Economo para crear una base de datos de registros de ocurrencia de diferentes especies de hormigas. A partir de repositorios en línea, colecciones de museos y unas 10,000 publicaciones científicas. Investigadores de todo el mundo contribuyeron y ayudaron a identificar errores. Se consideraron más de 14,000 especies, cuya cantidad de datos disponibles variaba enormemente.

DISTRIBUCIÓN DE CADA ESPECIE

Sin embargo, la gran mayoría de estos registros, aunque contenían una descripción de la ubicación de la muestra, no tenían las coordenadas precisas necesarias para la cartografía. Para solucionar este problema, el coautor Kenneth Dudley, de la Sección de Informática Medioambiental del OIST, construyó un flujo de trabajo computacional para estimar las coordenadas a partir de los datos disponibles. También verificó todos los datos en busca de errores.

A continuación, el doctor Jamie Kass, investigador postdoctoral del JSPS y coprimer autor, junto con Dudley y la técnica de investigación Fumika Azuma, realizaron diferentes estimaciones del área de distribución para cada especie de hormiga en función de los datos disponibles.

Para las especies con menos datos, construyeron formas que rodeaban los puntos de datos . Para las especies con más datos, los investigadores predijeron la distribución de cada especie utilizando modelos estadísticos que ajustaron para obtener una complejidad óptima.

“MAPA DEL TESORO” POR INTELIGENCIA ARTIFICIAL

Los investigadores reunieron estas estimaciones para formar un mapa global, dividido en una cuadrícula de 20 km por 20 km, que mostraba una estimación del número de especies de hormigas por cuadrado (llamada riqueza de especies). También crearon un mapa que mostraba el número de especies de hormigas con áreas de distribución muy pequeñas por cuadrado (llamado rareza de especies). En general, las especies con áreas de distribución pequeñas son especialmente vulnerables a los cambios ambientales.

Sin embargo, había otro problema que superar: el sesgo del muestreo. “Algunas zonas del mundo que esperábamos que fueran centros de diversidad no aparecían en nuestro mapa, pero las hormigas de estas regiones no estaban bien estudiadas”. Otras zonas estaban extremadamente bien muestreadas, por ejemplo partes de Estados Unidos y Europa, y esta diferencia en el muestreo puede afectar a nuestras estimaciones de la diversidad global.

Por ello, los investigadores utilizaron el aprendizaje automático para predecir cómo cambiaría su diversidad si se muestrearan todas las zonas del mundo por igual. Al hacerlo, identificaron zonas en las que estiman que existen muchas especies desconocidas y no muestreadas. El profesor Economo destaca que “esto nos da una especie de ‘mapa del tesoro’, que puede guiarnos hacia dónde debemos explorar a continuación y buscar nuevas especies con áreas de distribución restringidas”.

DIVERSIDAD DE HORMIGAS EN CENTROS

Okinawa, en el sur de Japón, fue identificada como un centro de rareza, ya que muchas especies endémicas de estas islas tienen áreas de distribución muy pequeñas. Unas 1,000 veces menores que las especies repartidas por Norteamérica y Europa. Por ello, lugares como Okinawa son fundamentales para la protección del medio ambiente con el fin de conservar la biodiversidad.

Cuando los investigadores compararon la rareza y la riqueza de las distribuciones de las hormigas con las de los anfibios, las aves, los mamíferos y los reptiles, comparativamente bien estudiados, descubrieron que las hormigas eran tan diferentes de estos grupos de vertebrados como los grupos de vertebrados entre sí. Lo cual era inesperado dado que las hormigas están evolutivamente muy distantes de los vertebrados.

Destacan que esto es importante, ya que sugiere que las zonas prioritarias para la diversidad de vertebrados pueden tener también una gran diversidad de especies de invertebrados. Pero, al mismo tiempo, es necesario reconocer que los patrones de biodiversidad de las hormigas tienen características únicas. Por ejemplo, el Mediterráneo y el este de Asia aparecen como centros de diversidad de hormigas más que de vertebrados.

Por último, los investigadores analizaron el grado de protección de estas zonas de gran diversidad de hormigas. Comprobaron que el porcentaje era bajo: sólo el 15 por ciento del 10 por ciento de los centros de rareza de hormigas contaban con algún tipo de protección legal, como un parque nacional o una reserva, lo cual es menos que la protección existente para los vertebrados.

“Está claro que tenemos mucho trabajo que hacer para proteger estas áreas críticas”, concluye el profesor Economo. N

(Con información de Europa Press)

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