Cirka en miljon insektsarter är i dag kända för forskningen – men det verkliga antalet kan vara tio gånger högre. Fredrik Ronquist leder ett projekt där genetiska metoder och AI används för att kartlägga insekternas mångfald.
Projektanslag 2024
DarkTree: Charting the Dark Regions of the Insect Tree Using Computer Vision, Genomics, and Probabilistic Machine Learning
Huvudsökande:
Fredrik Ronquist, professor i entomologi
Medsökande:
Naturhistoriska riksmuseet
Tom van der Valk
KTH
David Broman
Linköpings universitet
Michael Felsberg
Lärosäte:
Naturhistoriska riksmuseet
Beviljat anslag:
24 000 000 kronor under fem år
Vår värld kan rymma tio gånger fler insektsarter än vad vi tidigare har trott. I projektet DarkTree web leder Fredrik Ronquist flera forskargrupper i landet som ska kartlägga de hittills okända insekterna.
– De allra flesta av de oupptäckta och obeskrivna arterna är små och oansenliga. De är svåra att upptäcka med traditionella metoder där vi använder lupp och mikroskop för att skilja olika arter åt. Nu tar vi AI och genteknik till hjälp för att accelerera arbetet betydligt, säger han.
Projektet ska även bidra till att fler insekter får sin arvsmassa kartlagd. Av den miljon insektsarter som hittills beskrivits har bara en bråkdel fått arvsmassan kartlagd.
Kompletterar släktträdet
Bananflugan var den första insekten som fick sin arvsmassa sekvenserad. Redan år 2000 publicerades flugans genom. Snart följde andra utvalda insekter som malariamyggan, silkesfjärilen och honungsbiet. Men fortfarande är vår kunskap begränsad till enstaka arter och grupper. Projektet DarkTree ska bidra till att utvidga insekternas släktträd betydligt.
– Vår målsättning är att fylla i de kunskapsluckor som är mest värdefulla för att skapa ett mer rättvisande släktträd för våra insekter. Vi gör därför ett representativt urval av arter att sekvensera från det enorma material som vi arbetar med.
Projektet inkluderar insektsprover från flera storskaliga inventeringar, framför allt Insect Biome Atlas där forskare kartlagt insekter i Sverige och Madagaskar. Dessutom ingår det globala Lifeplan som samlat insekter på cirka 20 platser i världen. Sammanlagt handlar det om cirka 35 000 prover med upp till tiotusentals insekter i varje.
Tekniken som forskarna använder för att kartlägga insekterna kallas metastreckkodning. Något förenklat beskrivet så läggs prover med tusentals insekter i blöt i en vätska som löser ut arvsmassan från mitokondrierna i cellerna. Därefter renas vätskan och genomgår en screening efter en viss gensekvens – en slags streckkod.
Gensekvensen som forskarna söker kallas CO1 och har visat sig variera mellan olika insektsarter. Variationen gör det möjligt att se vilka arter som ryms i provet och även vilka som är helt nya för forskningen.
Långt ifrån samtliga nya fynd får dock sin arvsmassa kartlagt, fortfarande är tekniken för dyr. Men genom att välja noggrant ska de insekter som sekvenseras kunna bidra till en bättre bild av insekternas evolutionära utveckling.
– Vi känner vissa punkter i släktträd mycket väl, men regionerna däremellan är helt okända. Genom att arbeta systematiskt kan vi lysa upp även de mörka regionerna. Det kan ge oss en betydligt mer komplett bild av insekternas evolution.
Hittills har forskarna mest studerat växtätande insekter eftersom de varit enklare att hitta och undersöka. Den nya tekniken gör det möjligt att inkludera de många nedbrytande insekterna och även parasiterna som spelar en nyckelroll i våra ekosystem.
Tekniken ökar farten
Senast den svenska insektsfaunan inventerades i stor skala var 2003–2006. Då samlade forskarna in ungefär 20 miljoner insekter. Först efter 15 års manuellt arbete var fynden sorterade. Cirka 2000 nya arter identifierades som nya fynd för Sverige. En del av dem var också helt nya för vetenskapen.
– I dag gör tekniken det möjligt att artbestämma lika många insekter som vi samlade in i den tidigare inventeringen på bara några veckor. Framstegen har gett en enorm acceleration av vårt arbete.
Tekniken öppnar också för nya sätt att övervaka insektspopulationen för att se hur den påverkas av bland annat klimatförändringar. I flera europeiska länder pågår redan olika former av övervakningsprogram.
– Vi deltar i ett europeiskt samarbete för att standardisera tekniken för att i framtiden kunna göra bra jämförelser mellan olika länder.
Enligt en uppmärksammad studie i tyska naturreservat har mängden flygande insekter minskat dramatiskt – minskningen där är cirka 70 procent de senaste 30 åren.
– Det är klart alarmerande även om vi fortfarande har väldigt lite tillförlitliga data, och inte kan säga säkert hur förändringarna ser ut och påverkar våra ekosystem. Framför allt så vet vi ingenting om vilken roll de insekterna vi inte ens upptäckt spelar för ekosystemen.
Linné som robot
När vi besöker Fredrik Ronquist på Naturhistoriska riksmuseet har forskarna samlats för ett projektmöte. På väg genom de stora museisalarna passerar vi en morgonpigg skolklass från Huddinge som vallas runt av sina lärare bland de interaktiva utställningarna. Barnskratten ekar vägg i vägg med forskarnas koncentrerade samtal.
Tack vare ny teknik möter barnen helt nya sätt att ta del av museets rika samlingar. Samtidigt nyttjar forskarna framstegen för att utveckla nya metoder för att kombinera genetiska data med insekternas utseende. I projektet kombineras datorseende och maskininlärning för att utveckla metoder som automatiskt kan skilja olika insekter från varandra. En kollega till Ronquist kallar tekniken för en Linnérobot.
– Det betyder att vi kan överkomma begränsningarna med den traditionella taxonomin som är mycket tidsödande och kräver djupa kunskaper. Samtidigt ger teknikskiftet oss ett lyft som vi behöver för att attrahera nya generationer av talanger, säger Fredrik Ronquist.
Text Magnus Trogen Pahlén
Foto Magnus Bergström
