WikiEdge:BioRxiv-2024.09.25.614826

• 标题：A massive community-science flower color dataset reveals convergent evolution of delayed flowering phenology in North American red-flowering plants
• 中文标题：一个大规模的社区科学花色数据集揭示了北美红花植物花期延迟的趋同演化
• 发布日期：2024-09-27
• 作者：McKenzie, P. F.; Berardi, A. E.; Hopkins, R.
• 分类：evolutionary biology
• 原文链接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.25.614826

摘要：被子植物的辐射标志着花朵大小、形状、颜色、香气和奖励的惊人多样性。通过数百年的记录和量化，科学家们试图通过定义传粉综合症来理解这种变异，传粉综合症是远亲物种中常见的花朵特征的趋同演化，这些特征是通过选择优化传粉策略而演化的。现在，随着社区科学平台如iNaturalist的流行，任何人 - 不仅仅是科学家 - 都可以收集数据。由于高质量社区科学数据集的可用性，我们有了前所未有的观察自然开花植物多样性的机会。这些数据集为我们提供了开发新工具和检查新特征（如开花时间）的机会，这些特征可能有助于进一步描述传粉综合症。在这里，我们测试了开花现象也可以是传粉综合症的一个重要特征的假设；特别是"蜂鸟花"综合症，它通常以红色、长花冠管和突出的雄蕊为特征。我们使用GPT-4与视觉（GPT-4V）从社区科学照片中为11,729种北美开花植物种分配花色，从而产生了一个新的花色数据集。然后，我们将这些物种特异的颜色映射到1,674,908个公民科学家对开花植物的观察中。我们证明了在美国东部，红色或橙色花朵的物种的开花时间相对于其他颜色花朵的物种是受限的。重要的是，开花的开始时间与蜂鸟的到来时间密切相关。我们的发现揭示了扩展传粉综合症中包含的特征的机会，并表明蜂鸟传粉综合症可以包括开花现象。我们的方法展示了利用大量社区科学数据，提取关于特征变异模式的有价值信息的有效流程。

问题与动机

作者的研究问题包括：

• 如何利用社区科学平台（如iNaturalist）收集的大量数据来研究植物的花色表型？
• 花期（开花时间）是否也是传粉综合征的一个重要特征，尤其是对于以蜂鸟为传粉者的红色或橙色花植物？
• 在北美地区，红色和橙色花植物的开花时间是否与蜂鸟的到来时间密切相关？
• 社区科学数据和先进的计算机视觉模型（如GPT-4V）结合使用，能否有效地从大规模的植物花色数据中提取有价值的信息？
• 红色和橙色花植物的开花时间是否在东部美国受到限制，与蜂鸟的迁徙模式有关？
• 红色和白色开花植物的开花时间在不同地区是否存在差异，以及这些差异是否与特定传粉者（如蜂鸟和熊蜂）的出现有关？

背景介绍

这篇文献的背景主要集中在以下几个方面：

1. 花的颜色与授粉生态学的关系：
   • 花朵的颜色、形状、大小、气味和花蜜是植物适应性进化的结果，这些特征与特定的授粉策略或授粉者有着密切的关系。
   • 授粉综合症是植物对特定授粉者选择压力下，不同物种间相似的花部特征组合，这些特征的趋同进化有助于理解植物与授粉者之间的相互作用。
   • 随着社区科学平台的兴起，如iNaturalist，普通公众可以参与到自然多样性的记录中，为科学研究提供了大量的数据。
2. 社区科学数据在植物授粉研究中的应用：
   • 社区科学数据集通常缺乏管理、格式化和特征规范，但它们提供了研究植物授粉综合症的新机会。
   • 通过使用先进的计算机视觉模型，可以有效地从社区科学观察中提取大规模的植物特征数据。
   • 该研究利用了GPT-4与视觉（GPT-4V）来分析美国各地的花卉颜色模式，生成了迄今为止最全面的北美花卉颜色数据库。
3. 授粉时间与授粉综合症的关系：
   • 授粉时间是影响植物繁殖策略的重要因素，但通常不被包括在授粉综合症的特征中。
   • 有研究表明，授粉者的可用性可能广泛地影响不同颜色花朵的出现地点和时间。
   • 该研究假设授粉时间是授粉综合症的关键组成部分，特别是对于与蜂鸟授粉相关的红色和橙色开花植物。

综上所述，这篇文献的背景强调了利用社区科学数据和先进的计算机视觉技术来研究植物授粉综合症的新方法，以及探索授粉时间如何成为授粉综合症特征的新视角。

章节摘要

这篇论文是关于通过社区科学平台研究北美开花植物花色与授粉生态学的，主要内容包括：

1. 引言
   1. 介绍了开花植物的多样化及其对授粉策略的适应，提出了“授粉综合征”的概念，即不同科植物为优化授粉而演化出的一系列共同的花特征。
   2. 强调了社区科学数据在研究授粉综合征中的应用潜力，尤其是iNaturalist平台提供的数据。

1. 材料与方法
   1. 描述了如何利用社区科学数据和先进的计算机视觉模型（GPT-4V）来创建一个包含北美开花植物物种花色的大型数据库。
   2. 详细说明了数据收集、处理和分析的步骤，包括使用iNaturalist API获取数据，以及使用MaxEnt模型进行生态位建模。

1. 结果
   1. 展示了通过GPT-4V创建的北美开花植物花色数据库，包含超过11,000种植物的花色数据。
   2. 分析了不同花色植物的开花时间与授粉者（如蜂鸟和熊蜂）活动的季节性模式之间的关系，发现红色和橙色花的植物在东部美国的开花时间较晚，与蜂鸟的到来时间相吻合。

1. 讨论
   1. 讨论了开花时间作为授粉综合征的一个潜在特征的可能性，以及这一发现对于理解植物与授粉者相互作用的意义。
   2. 探讨了使用社区科学数据和计算机视觉进行大规模生态学研究的潜力和挑战。

1. 结论
   1. 得出结论，开花时间是授粉综合征的重要组成部分，尤其是在蜂鸟授粉的植物中。
   2. 强调了利用社区科学数据进行生态学研究的可行性，并提出了未来研究的方向。