Makine öğrenmesi gösterdi: Balıklarda sürü davranışı defalarca ortaya çıkıp defalarca kayboldu

Cornell Üniversitesi'nden bilim insanları, daha önce nasıl inceleneceği bilinmeyen bir soruya yanıt aradı: Balıklar neden ve ne sıklıkla sürü halinde hareket etmeye başladı? Ulusal Bilimler Akademisi'nin dergisi PNAS'ta 6 Kasım'da yayımlanan çalışma, yazarlarına göre bugüne dek herhangi bir canlı grubunda bir davranışın evrimini ele alan en kapsamlı araştırmalardan biri. Sonuç, sürü davranışının evrim ağacında düşünülenden çok daha oynak olduğunu gösteriyor.

Kazanılan ve kaybedilen bir davranış

Araştırmaya göre balık türleri son 350 milyon yıl boyunca birbirinden bağımsız biçimde yaklaşık 60 kez topluca hareket etme yeteneği kazandı. Aynı sürede bu yeteneği yaklaşık 320 kez yitirdi. Yani sürü davranışı bir kez ortaya çıkıp sonraki kuşaklara miras kalan sabit bir özellik gibi davranmıyor; bir soy hattında belirip sonraki türlerde yeniden silinebiliyor.

Çalışmanın kıdemli yazarı, hesaplamalı biyoloji alanında doçent olan Andrew Hein, en şaşırtıcı bulgunun kaybın bu kadar sık yaşanması olduğunu söylüyor. Hein'a göre ağaç boyunca, topluca hareket eden bir soydan çıkıp tek başına yaşayan yavru türlerin yüzlerce örneği var. Hein, çalışmadan önce alanın uzmanlarının bile bu tür kayıpların çok nadir olduğunu söyleyeceğini, oysa bunun doğru çıkmadığını belirtiyor. Çalışmanın ilk yazarı, Hein'ın laboratuvarında doktora sonrası araştırmacı olan Jay Love.

Makine öğrenmesi nasıl kullanıldı?

Sürü davranışının evrimi daha önce de araştırılmıştı. Ancak bu çalışmaların her biri bir ya da iki türe odaklandığı için toplamda yalnızca birkaç düzine türe ulaşılabilmişti. Yeni çalışmada ekip, bu sınırı makine öğrenmesiyle aştı.

İlk yöntem metin analiziydi. Büyük dil modellerinin de dayandığı metin dönüştürücü (text transformer) yöntemi eğitildi. Model, türleri anlatan çalışmaları ve tanımları okuyup sayısal biçime çevirdi; böylece bir türün topluca hareket edip etmediği yorumlanabildi. İkinci yöntemde iNaturalist gibi kaynaklardan gelen vatandaş bilimi fotoğrafları ve videolar kullanıldı. Görüntüler üç boyutlu hale getirildi, tek tek balıkların yönü belirlendi ve bireylerin hizalanması karşılaştırılarak grup halinde hareket edip etmedikleri değerlendirildi.

Bu yolla toplam 2.839 balık türünün sürü davranışı fenotipi, yani gözlemlenebilir özelliği nicelendirildi. Bu sayı, yaşayan yaklaşık 39.000 balık türünün neredeyse yüzde 10'una denk geliyor. Hein'a göre bulgular, esnek ve ölçülmesi zor sanılan davranışların da geniş evrimsel ölçekte incelenebileceğini gösteriyor.

İki hipotez sınandı

Teknik sayesinde sürü davranışının neden evrimleştiğine dair iki temel varsayım test edilebildi. Birincisi, davranışın avcılardan kaçınma ya da ortak savunmayla ilişkili olduğu fikri; yani kalabalıkta güvenlik. Love'a göre bu görüş daha önce geniş ölçekte sınanmamıştı. Ekip bunun için sürü kuran türlerin besin zincirindeki yerine baktı. Zincirin altında yer alan, çok sayıda avcıyla karşılaşan türlerin sürüden yarar sağlaması bekleniyordu; zincirin üstündeki avcıların ise tek başına yaşaması.

Veriler bir ilişki olduğunu ortaya koydu: Besin zincirinin alt basamaklarındaki türlerin topluca hareket etme olasılığı daha yüksekti. Ancak Hein ilişkinin kesin olmadığını vurguluyor. Zincirin altındaki pek çok tür sürü kurmuyor, üstündeki birçok tür ise kuruyor. Bu da kazanma ve kaybetmede birden fazla etkenin rol oynadığını düşündürüyor.

İkinci varsayım, sürünün kıt kaynakları bulmaya yardım ettiği yönünde. Love'a göre aynı şeyi yiyen komşuları izlemek mantıklı bir strateji. Hein de grup halinde dolaşan avcıların hemen hepsinin, kendileri gibi gruplar halinde hareket eden av türlerini yediğini belirtiyor.

Arka plan

Sürü davranışı doğada çok bilinen bir örnek. Kuşların kümeler halinde uçması ya da stadyumda seyircilerin dalga yapması da topluca hareketin farklı biçimleri. Balıklarda bu davranış, bireylerin komşularının hızına ve yönüne uyum sağlamasıyla ortaya çıkar. Merkezi bir lider olmasa da grup tek bir bütün gibi hareket edebilir.

Evrim biyolojisinde bir özellik, genetik değişimler hayatta kalmayı ve üremeyi kolaylaştırdığında yerleşir. Özellik bir kez ortaya çıktığında torun türlere geçebilir. Koşullar değişir ya da özellik yarar sağlamaz hale gelirse sonradan kaybolabilir. Bu çalışma, sürü davranışının tam da bu gelgit içinde kaldığını gösteriyor.

Neden önemli?

Davranışlar fosil bırakmaz ve türden türe değişen, bağlama bağlı özellikler olduğu için ölçülmesi zordur. Bu nedenle evrim çalışmaları çoğunlukla bedensel özelliklere ya da genlere yoğunlaşmıştır. Metin ve görüntü analizinin birleşimi, bilimsel yayınlarda ve fotoğraf arşivlerinde dağınık duran bilgiyi sistematik veriye çevirmenin yolunu açıyor.

Yöntem yalnızca balıklarla sınırlı değil. Benzer biçimde başka canlı gruplarında da davranışların evrimsel geçmişi sorgulanabilir. Ayrıca bulgu, bir özelliğin kaybının nadir olduğu varsayımını sorgulatıyor; bu da davranışsal evrim modellerinin yeniden düşünülmesine zemin hazırlayabilir.