Forscher versuchen, mittels maschinellen Lernens einen Überblick über die Vielfalt der Arbeitstiere zu erhalten.
Sie sind Jäger, Bauern, Erntehelfer, Segler, Hirten, Weber und Zimmerleute. Sie belüften den Boden, verbreiten Samen und Nährstoffe, sie fressen Aas und Beutetiere anderer Arten. Damit erfüllen Ameisen lebenswichtige Aufgaben für das Funktionieren des Ökosystems. Bisher fehlte allerdings ein Überblick über ihre Vielfalt. Nun hat ein Forscherteam eine globale Karte erstellt, die die Vielfalt über die ganze Welt hinweg schätzt. Da viele Regionen noch nicht besonders gut untersucht sind, gehen die Biologen davon aus, dass es noch viel mehr Ameisenarten gibt als bisher gedacht.
14.000 Arten berücksichtigt
Das zehn Jahre dauernde Projekt nutzt Daten aus Online-Repositorien, Museumssammlungen und rund 10.000 wissenschaftlichen Veröffentlichungen. In Zusammenarbeit mit mehreren Instituten auf der ganzen Welt haben die Forscher der Biodiversitäts- und Biokomplexitätseinheit am Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) eine hochauflösende Karte entwickelt, die vorhandenes Wissen mit maschinellem Lernen kombiniert, um die globale Vielfalt von Ameisen zu schätzen und zu visualisieren. Dabei wurden mehr als 14.000 Arten berücksichtigt, die sich in der Menge der verfügbaren Daten stark unterscheiden.
In ihrer Arbeit sind die Forscher auf einige Herausforderungen gestoßen. So enthielt die überwiegende Mehrheit der Datensätze zwar eine Beschreibung des Fundortes, aber nicht die genauen Koordinaten, die für eine Kartierung erforderlich sind. Zur Schätzung wurde ein rechnergestützter Arbeitsablauf gewählt. Zudem schätzte ein weiteres Team für jede Ameisenart je nach Datenverfügbarkeit unterschiedliche Entfernungsangaben. Für Arten mit weniger Daten konstruierten sie Formen, die die Datenpunkte umgaben. Für Arten mit mehr Daten sagten die Forscher die Verbreitung jeder Art mithilfe statistischer Modelle voraus.
Globale Karte erstellt
All diese Schätzungen fügten sie zu einer globalen Karte zusammen, die in ein Raster von 20 mal 20 Kilometer großen Quadraten unterteilt war und eine Schätzung der Anzahl der Ameisenarten pro Quadrat zeigte - und damit den Artenreichtum. Außerdem erstellten sie eine Karte, die die Anzahl der Ameisenarten mit sehr kleinen Verbreitungsgebieten pro Quadrat zeigte - die sogenannte Artenseltenheit. Diese ist ebenso von Bedeutung, da vor allem Arten mit kleinen Verbreitungsgebieten im Allgemeinen besonders anfällig für Umweltveränderungen sind.
Zudem gibt es besser und schlechter erforschte Gebiete, was wiederum die Schätzungen beeinflusst. Die Forscher setzten daher maschinelles Lernen ein, um vorherzusagen, wie sich die Vielfalt verändern würde, wenn alle Gebiete der Welt gleichmäßig beprobt würden, und ermittelten dabei Regionen, in denen es ihrer Einschätzung noch viele unbekannte und nicht beprobte Arten gibt. "Dies gibt uns eine Art Schatzkarte, die uns zeigen kann, wo wir als Nächstes nach neuen Arten mit begrenztem Verbreitungsgebiet suchen sollen", erklärt der Biologe Evan Economo vom OIST.
Diversität von Wirbellosen
"Diese Studie trägt dazu bei, Ameisen und wirbellose Landtiere im Allgemeinen in die Diskussion über die Erhaltung der biologischen Vielfalt einzubringen", so der Wissenschafter. "Wir müssen wissen, wo sich Zentren mit hoher Diversität von Wirbellosen befinden, damit wir die Gebiete kennen, auf die sich künftige Forschung und Umweltschutz konzentrieren können."
Die im Fachblatt "Science Advances" publizierte Studie werde auch dazu dienen, eine Reihe biologischer und evolutionärer Fragen zu beantworten. Etwa wie sich das Leben diversifiziert hat und wie Muster der Vielfalt überhaupt entstanden sind.