Outforskade insekter ska fram i ljuset – 24 miljoner kronor till nytt forskningsprojekt

Den absoluta merparten av världens miljontals insektsarter är fortfarande inte beskrivna och vi vet alltför lite om deras evolution och påverkan på våra ekosystem. Det ska forskningsprojektet DarkTree ändra på. Studien ska dessutom utveckla nya metoder som kommer att ha stor betydelse för framtida forskning och miljöövervakning.

Insekter har funnits i åtminstone 300 miljoner år. På den tiden har de utvecklat en enorm artrikedom och återfinns i alla livsmiljöer utom havet. Biologer världen över kämpar med att beskriva alla arter; drygt en miljon har fått namn så här långt, men det utgör bara en bråkdel av den verkliga mångfalden.

Okända delar av insekternas släktträd utforskas
Forskningsprojektet DarkTree ska nu kartlägga de outforskade – ”mörka” delarna av insekternas släktträd och ge den första rättvisande bilden av deras mångfald. Det ger helt nya möjligheter att analysera hur och varför alla insekter uppstått. Studien finansieras genom anslag från Knut och Alice Wallenbergs Stiftelse som i dag tilldelat projektet 24 miljoner kronor. Arbetet sträcker sig över fem år och ska ledas av Fredrik Ronquist, professor vid Naturhistoriska riksmuseet. Studien är ett samarbete mellan Naturhistoriska riksmuseet, Kungliga Tekniska Högskolan och Linköpings Universitet.

-Vi hoppas hitta tidigare okända evolutionära processer och vi kommer att få nya insikter i mångfalden och utvecklingen av de mikroorganismer som lever i symbios med insekter. Vårt projekt kommer också att avslöja hur tidigare okända insekter lever och vilken roll de spelar i ekosystemen, säger Fredrik Ronquist.

Stor betydelse för framtida miljöövervakning
Parallellt med kartläggningen sker en metodutveckling som kommer att få stor praktisk betydelse, bland annat när det gäller genetisk identifiering av insektsarter i miljöprover. Genetiska analyser av miljöprover används alltmer för miljöövervakning och för att redovisa hur vi påverkar den biologiska mångfalden.

-På många sätt lägger DarkTree-projektet en ny och bredare grund för framtidens insektsforskning, säger Fredrik Ronquist.

AI och nya metoder för DNA-sekvensering lägger grunden
Studien baseras på det unika insektsmaterial som samlats in i projekten ”Insect Biome Atlas” (IBA) och LIFEPLAN. Totalt omfattar det 35 000 prover från hela världen. Uppskattningsvis innehåller de mer än 30 miljoner insekter av drygt en miljon arter, de flesta inte tidigare beskrivna men nu analyserade med så kallad metastreckkodning.

Kartläggningen av arter har kraftigt accelererat de senaste åren tack vare nya revolutionerande metoder för artidentifiering. Istället för att undersöka insekt för insekt kan man nu utvinna DNA från hundratals insekter på en och samma gång. Men DarkTree kommer att gå mycket djupare genom att ta fram en bild av arternas hela arvsmassa, det så kallade genomet, i stället för som tidigare endast korta sekvenser av DNA, det man brukar kalla streckkods-DNA.

För att identifiera insekterna i varje prov kommer projekt DarkTree att kombinera genetiska data med information om den fysiska skepnaden framtagen med hjälp av datorseende. Projektet kommer att utveckla nya statistiska metoder för att rekonstruera släktträd med miljontals arter.

-Det här betyder att vi kan överkomma begränsningarna med traditionell taxonomi och mycket snabbare bygga ett representativt släktträd för insekter. Vi kommer att få en helt ny, betydligt mer komplett bild av insekternas värld och ha nya effektiva metoder för framtida forskning, säger Fredrik Ronquist.

OM FORSKNINGSPROJEKTET

DarkTree: Kartläggning av de outforskade delarna i insekternas släktskapsträd med hjälp av datorseende, genomsekvensering och probabilistisk maskininlärning (ordlista nedan)
DarkTree: Charting the Dark Regions of the Insect Tree Using Computer Vision, Genomics, and Probabilistic Machine Learning

Huvudsökande:
Fredrik Ronquist. Professor i entomologi, Enheten för bioinformatik och genetik, Naturhistoriska riksmuseet

Medsökande
David Broman. Professor vid skolan för elektroteknik och datavetenskap (EECS), Kungliga Tekniska Högskolan
Michael Felsberg. Professor i datorseende, Institutionen för systemteknik, Linköpings Universitet
Tom van der Valk. Forskare vid Enheten för bioinformatik och genetik, Naturhistoriska riksmuseet

Beviljat anslag
24 000 000 kronor

FÖR FRÅGOR
Om forskningsprojektet:
Fredrik Ronquist, fredrik.ronquist@nrm.se, tel: 08-519 540 94 (går till mobil)

Övriga frågor:
Åsa Peterson, asa.peterson@nrm.se, tel: 073-679 47 71

ORDLISTA

Datorseende, eller “computer vision” på engelska, är ett område inom artificiell intelligens som handlar om att ge datorer förmågan att förstå och tolka visuella informationer från världen, såsom bilder och videor. Målet med datorseende är att möjliggöra för maskiner att “se” och analysera omgivningen på ett sätt som möjliggör systematiska mätningar, navigation, samt interaktion med andra system och människor.

Genomsekvensering är en teknik som används för att läsa av hela DNA-sekvenser av ett helt genom, vilket inkluderar all genetisk information hos en organism eller celltyp. Med genomsekvensering kan man bestämma den exakta sekvensen (ordningen) av nukleotider i ett DNA-molekyl. Används för djupgående studier av genetik, sjukdomar, evolution och mycket mer.

Probabilistisk maskininlärning är en inriktning inom maskininlärning som använder sannolikhetsteori för att hantera osäkerhet och göra förutsägelser. Istället för att bara ge ett definitivt svar, ger dessa modeller sannolikheter för olika utfall, vilket gör det möjligt att förstå osäkerheten i deras förutsägelser.