WikiEdge:BioRxiv-2024.09.25.614826

• 標題：A massive community-science flower color dataset reveals convergent evolution of delayed flowering phenology in North American red-flowering plants
• 中文標題：一個大規模的社區科學花色數據集揭示了北美紅花植物花期延遲的趨同演化
• 發布日期：2024-09-27
• 作者：McKenzie, P. F.; Berardi, A. E.; Hopkins, R.
• 分類：evolutionary biology
• 原文鏈接：https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.09.25.614826

摘要：被子植物的輻射標誌着花朵大小、形狀、顏色、香氣和獎勵的驚人多樣性。通過數百年的記錄和量化，科學家們試圖通過定義傳粉綜合症來理解這種變異，傳粉綜合症是遠親物種中常見的花朵特徵的趨同演化，這些特徵是通過選擇優化傳粉策略而演化的。現在，隨着社區科學平台如iNaturalist的流行，任何人 - 不僅僅是科學家 - 都可以收集數據。由於高質量社區科學數據集的可用性，我們有了前所未有的觀察自然開花植物多樣性的機會。這些數據集為我們提供了開發新工具和檢查新特徵（如開花時間）的機會，這些特徵可能有助於進一步描述傳粉綜合症。在這裡，我們測試了開花現象也可以是傳粉綜合症的一個重要特徵的假設；特別是"蜂鳥花"綜合症，它通常以紅色、長花冠管和突出的雄蕊為特徵。我們使用GPT-4與視覺（GPT-4V）從社區科學照片中為11,729種北美開花植物種分配花色，從而產生了一個新的花色數據集。然後，我們將這些物種特異的顏色映射到1,674,908個公民科學家對開花植物的觀察中。我們證明了在美國東部，紅色或橙色花朵的物種的開花時間相對於其他顏色花朵的物種是受限的。重要的是，開花的開始時間與蜂鳥的到來時間密切相關。我們的發現揭示了擴展傳粉綜合症中包含的特徵的機會，並表明蜂鳥傳粉綜合症可以包括開花現象。我們的方法展示了利用大量社區科學數據，提取關於特徵變異模式的有價值信息的有效流程。

問題與動機

作者的研究問題包括：

• 如何利用社區科學平台（如iNaturalist）收集的大量數據來研究植物的花色表型？
• 花期（開花時間）是否也是傳粉綜合徵的一個重要特徵，尤其是對於以蜂鳥為傳粉者的紅色或橙色花植物？
• 在北美地區，紅色和橙色花植物的開花時間是否與蜂鳥的到來時間密切相關？
• 社區科學數據和先進的計算機視覺模型（如GPT-4V）結合使用，能否有效地從大規模的植物花色數據中提取有價值的信息？
• 紅色和橙色花植物的開花時間是否在東部美國受到限制，與蜂鳥的遷徙模式有關？
• 紅色和白色開花植物的開花時間在不同地區是否存在差異，以及這些差異是否與特定傳粉者（如蜂鳥和熊蜂）的出現有關？

背景介紹

這篇文獻的背景主要集中在以下幾個方面：

1. 花的顏色與授粉生態學的關係：
   • 花朵的顏色、形狀、大小、氣味和花蜜是植物適應性進化的結果，這些特徵與特定的授粉策略或授粉者有着密切的關係。
   • 授粉綜合症是植物對特定授粉者選擇壓力下，不同物種間相似的花部特徵組合，這些特徵的趨同進化有助於理解植物與授粉者之間的相互作用。
   • 隨着社區科學平台的興起，如iNaturalist，普通公眾可以參與到自然多樣性的記錄中，為科學研究提供了大量的數據。
2. 社區科學數據在植物授粉研究中的應用：
   • 社區科學數據集通常缺乏管理、格式化和特徵規範，但它們提供了研究植物授粉綜合症的新機會。
   • 通過使用先進的計算機視覺模型，可以有效地從社區科學觀察中提取大規模的植物特徵數據。
   • 該研究利用了GPT-4與視覺（GPT-4V）來分析美國各地的花卉顏色模式，生成了迄今為止最全面的北美花卉顏色數據庫。
3. 授粉時間與授粉綜合症的關係：
   • 授粉時間是影響植物繁殖策略的重要因素，但通常不被包括在授粉綜合症的特徵中。
   • 有研究表明，授粉者的可用性可能廣泛地影響不同顏色花朵的出現地點和時間。
   • 該研究假設授粉時間是授粉綜合症的關鍵組成部分，特別是對於與蜂鳥授粉相關的紅色和橙色開花植物。

綜上所述，這篇文獻的背景強調了利用社區科學數據和先進的計算機視覺技術來研究植物授粉綜合症的新方法，以及探索授粉時間如何成為授粉綜合症特徵的新視角。