AI czyta ślady dinozaurów jak otwartą książkę. Efekt? Zaskakujące powiązania z ptakami

Algorytm opracowany przez naukowców z Niemiec i Wielkiej Brytanii porównuje tysiące śladów sprzed milionów lat i pokazuje, jak bardzo część z nich przypomina dzisiejsze ptaki. Co więcej, każdy posiadacz smartfona może pomóc w badaniach, robiąc zdjęcia tropów w terenie.

AI w paleontologii: od zdeformowanych śladów do użytecznych danych

Ślady dinozaurów to dla naukowców kopalnia informacji o sposobie chodzenia, masie ciała czy zachowaniu zwierząt. Problem w tym, że większość tropów jest niepełna, zniszczona przez czas lub błoto, w którym powstały. Tradycyjnie ich interpretacja zależała od doświadczenia badacza i bywała rozbieżna.

Zespół z Uniwersytetu w Tybindze, Uniwersytetu w Manchesterze i berlińskiego Museum für Naturkunde postanowił oddać tę pracę w ręce sztucznej inteligencji. Stworzyli system, który analizuje kształt odcisków w sposób całkowicie automatyczny, bez podpowiedzi człowieka, do jakiego gatunku „powinny” należeć.

Algorytm nie próbuje zgadywać nazwy dinozaura. Patrzy wyłącznie na geometrię śladu i grupuje podobne formy, usuwając z równania ludzkie uprzedzenia i domysły.

Jak działa DinoTracker: osiem wymiarów jednego śladu

Sercem rozwiązania jest aplikacja DinoTracker i sieć neuronowa wyspecjalizowana w rozpoznawaniu kształtów. Naukowcy zebrali ponad 2 tysiące trójpalczastych odcisków z całego świata, głównie z okresu między 200 a 145 milionów lat temu. Wszystkie ślady sprowadzono do uproszczonych konturów i „nakarmiono” nimi AI.

Nie oznaczano przy tym, który trop ma należeć do jakiej grupy dinozaurów. System miał sam znaleźć wzory i podobieństwa. Żeby go „uodpornić” na zniszczenia, badacze wygenerowali ponad 10 tysięcy sztucznych wariantów śladów – z obciętymi palcami, rozmazanymi krawędziami, różnym kątem ustawienia czy spłaszczeniem, jakie może dawać ciężar zwierzęcia.

Na tej podstawie AI wyciąga osiem kluczowych cech każdego śladu, między innymi:

• proporcje długości palców
• szerokość i długość pięty
• kąt rozstawu palców
• ogólną smukłość lub masywność odcisku

Każdy trop trafia następnie do ośmiowymiarowej „przestrzeni kształtów”, gdzie blisko siebie lądują ślady podobne, a daleko – te bardzo odmienne. Tak powstaje mapa różnorodności kroków dinozaurów.

W testach AI osiągnęła około 90 procent zgodności z klasyfikacjami ekspertów, gdy porównywano dobrze zachowane odciski. Różnica polega na tym, że maszyna stosuje te same kryteria za każdym razem.

Smartfon jako narzędzie terenowe dla naukowców i amatorów

DinoTracker nie jest zamkniętym systemem laboratoryjnym. To aplikacja, którą naukowcy świadomie zaprojektowali tak, by mógł z niej korzystać praktycznie każdy: geolog w terenie, przewodnik po parku jurajskim, a nawet turysta.

Jak wygląda korzystanie z aplikacji w praktyce

Użytkownik robi zdjęcie śladu lub przesyła jego rysunek. Dalej dzieje się kilka kroków:

Kiedy dany trop wygląda obiecująco, może trafić do dalszej weryfikacji przez zespół badawczy. Jeśli przejdzie ten etap, staje się częścią zestawu, na którym uczy się AI. System z czasem staje się więc coraz bardziej czuły i reprezentatywny.

Ślady sprzed 210 milionów lat zaskakują podobieństwem do ptaków

Najgłośniejsza część pracy międzynarodowego zespołu dotyczy połączeń między pradawnymi dinozaurami a dzisiejszymi ptakami. Analiza wykazała, że część bardzo starych śladów – starszych niż 210 milionów lat – układa się w grupę o zadziwiająco „ptasim” charakterze.

Takie tropy mają smukły, trójpalczasty kształt, wyraźną symetrię wzdłużną i niewielki rozstaw palców, co przypomina krok współczesnych ptaków biegających. To wszystko pojawia się w skałach datowanych na okres, w którym „klasyczne” ptaki, kojarzone choćby z Archaeopteryxem, miały dopiero nadejść znacznie później.

Z analizy wyłaniają się dwa możliwe scenariusze: albo przodkowie ptaków pojawili się wcześniej, niż dotąd zakładano, albo część wczesnych dinozaurów drapieżnych niezależnie rozwinęła bardzo podobną budowę stóp i sposób chodzenia.

AI nie przypisuje tych śladów konkretnym gatunkom, ale pokazuje ciągłość form. Kiedy naukowcy porównują je z młodszymi tropami, widać płynne przejścia w morfologii – od bardziej „dinozaurowych” do coraz bardziej „ptasich”. To wzmacnia wizję ewolucji jako szeregu drobnych kroków, a nie nagłego przeskoku.

Nowe spojrzenie na sposób poruszania się dinozaurów

Odciski łap to nie tylko kształt palców. Z geometrii śladu można wyczytać sposób stawiania stóp, tempo marszu, a nawet to, na ile elastycznie pracowały stawy. Dzięki temu naukowcy zaczynają porównywać nie tylko budowę, ale też „styl chodzenia” różnych grup dinozaurów.

Co AI mówi o ruchu dawnych gadów

• smukłe, wydłużone ślady z małym rozstawem palców sugerują lekkich, szybkich biegaczy
• szersze, głębsze i rozjechane ślady mogą świadczyć o cięższych zwierzętach, poruszających się wolniej
• powtarzalne układy śladów w różnych regionach geograficznych wskazują, że podobne „rozwiązania biomechaniczne” pojawiały się niezależnie

Gdy AI dostaje do porównania setki takich tropów, jest w stanie wychwycić subtelne różnice, które dla ludzkiego oka zlewają się w jedno. Dla paleontologii oznacza to szansę na bardziej precyzyjne rozróżnianie gatunków i rekonstrukcję ich zachowań – na przykład, czy poruszały się samotnie, czy w grupach, jak zmieniał się ich krok na różnym podłożu.

Masowa digitalizacja śladów i „łatanie” braków kadrowych

Projekt DinoTracker dotyka też bardzo przyziemnego problemu: braku ekspertów. Specjalistów od tropów kopalnych jest mało, a znalezisk w terenie przybywa. W wielu krajach cenne ślady po prostu zarastają lub znikają pod zabudową, zanim ktokolwiek zdąży je opisać.

AI z aplikacji mobilnej staje się pierwszą linią analizy. Geolog czy pasjonat, który natrafia na potencjalny trop, może go chociaż wstępnie skatalogować, zanim skałę zniszczy erozja lub budowa drogi. Dane trafiają do wspólnej bazy, gdzie można je porównać z innymi znaleziskami z regionu.

Jeśli system upowszechni się na tyle, by korzystały z niego dziesiątki tysięcy osób, w ciągu kilku lat może powstać największe w historii archiwum śladów dinozaurów w formie cyfrowej.

Od śladów dinozaurów do cyfrowego muzeum życia na Ziemi

Naukowcy myślą już o rozszerzeniu działania systemu na inne rodzaje skamieniałości. Tego typu algorytmy dobrze nadają się do rozpoznawania:

• odcisków liści i łodyg roślin
• śladów pozostawionych przez stawonogi i inne bezkręgowce
• fragmentarycznie zachowanych kości, gdy brakuje kompletnego szkieletu

Jeśli podobne rozwiązania obejmą kolejne grupy obiektów, powstanie spójny system porównywania form życia z różnych okresów geologicznych. To z kolei pozwoli lepiej śledzić zmiany środowiska, migracje i wymierania.

Na co uważać przy „polowaniu” na ślady z telefonem

Entuzjaści AI i dinozaurów muszą jednak pamiętać o kilku rzeczach. Samo zdjęcie w aplikacji nie czyni z nikogo współautora publikacji naukowej. Trop, który wygląda sensacyjnie na ekranie, na miejscu może być tylko sprytnie uformowanym kamieniem. Z tego powodu dane z DinoTracker przechodzą filtr weryfikacji, zanim trafią do poważnych analiz.

Druga sprawa to ochrona stanowisk. Udostępnianie dokładnych lokalizacji potencjalnie cennych śladów wymaga rozwagi. W wielu krajach takie miejsca chroni prawo, a niekontrolowany napływ turystów lub kolekcjonerów może zniszczyć to, co miało pomóc nauce. Twórcy systemu będą musieli wypracować procedury, które pogodzą ciekawość użytkowników z bezpieczeństwem stanowisk.

AI jako nowe oko w badaniach nad przeszłością Ziemi

Historia DinoTracker pokazuje, jak bardzo zmienia się praca paleontologa. Z notatnika i miarki przenosi się na smartfona, skanery 3D i sieci neuronowe. Algorytmy nie zastąpią ludzkiej interpretacji, ale mogą wyłapywać wzory, których człowiek w rozsądnym czasie nie jest w stanie dostrzec, bo ogranicza go liczba porównanych śladów.

Dla ciekawych prehistorii to szansa, by stać się realnym elementem procesu badawczego, a nie tylko widzem w muzeum. Dla naukowców – narzędzie, które porządkuje gigantyczną liczbę danych i odsłania subtelne powiązania, w tym te prowadzące od drapieżnych gadów sprzed milionów lat do gołębi i wróbli za naszym oknem.