Kuidas saavad arheoloogid kasutada tehisintellekti meie esivanematega dateerimiseks

Äsja avaldatud uuringud on välja pakkunud AI algoritme, mida saab kasutada iidsete inimjäänuste dateerimiseks, analüüsides nende DNA-d.

Rootsi Lundi ülikooli juhitud meeskond töötas välja meetodi, mis kasutab masinõpet surnud organismide genoomide tuvastamiseks, et teha kindlaks, kui kaugele need pärinevad.

"Pärast radiosüsiniku dateerimise väljatöötamist 80 aastat tagasi ei ole iidsete dateerimise jäänuste osas olulist arengut toimunud," ütles uuringu juhtiv autor Eran Elhaik. avaldatud Cell Reports Methodsis ja Lundi ülikooli bioloogia osakonna dotsent rääkis Register.

"Ainus alternatiiv on arheoloogiline dateering, mis on palju subjektiivsem, kuid oli esimene meetod, mida kasutati.

See on esimene meetod, mis pakub 80 aasta jooksul radikaalselt teistsugust lähenemist

"See on esimene meetod, mis pakub 80 aasta jooksul radikaalselt teistsugust lähenemist. See põhineb DNA järjestusel, mida saab nüüd hõlpsamini ja täpsemalt sekveneerida kui varem, kasutades väga väikest kogust orgaanilist materjali. Kuna radiosüsiniku daatumid on paljudel eelarvamustel, saavad arheoloogid kasutada meie meetodeid vabalt ja kiiresti, et saada uus hinnang.

Radiosüsiniku dateerimine on laialdaselt kasutatav meetod kuni 50,000 14 aasta vanuse süsinikupõhiste asjade vanuse hindamiseks. Elusorganismid koosnevad erinevatest süsiniku vormidest, mida pidevalt täiendatakse, ja kui need olendid surevad, hakkab üks radioaktiivne isotoop, mida tuntakse süsinik-XNUMX nime all, lagunema. 

Arheoloogid kasutavad mõõdupuuna süsinik-14 poolestusaega. Iga 5,730 aasta järel väheneb süsinik-14 kogus proovis poole võrra. Mõõtes materjalis sisalduva süsinik-14 taset ja võrreldes seda teiste stabiilsete süsiniku isotoopidega, saavad nad hinnata, kui vana see peab olema.

Kuid radiosüsiniku dateerimine ei ole alati täpne ja tulemused sõltuvad seni kättesaadava materjali kvaliteedist ja kogusest. Põlised proovid, nagu tuhandeid aastaid hauakambris säilinud muumia luud, saavad paremini hakkama kui väikesed tükid ja jäänuste tükid, mis on keskkonnast saastunud.

Lundi tehisintellekti tehnika, mida tuntakse kui ajalist populatsioonistruktuuri (TPS), otsib vanuse hindamiseks geneetilisi markereid, mis on aja jooksul muteerunud. Näiteks LCT geeni DNA väike muutus tähendas, et inimesed võivad toota laktoosi seedimiseks ensüümi. Mutatsioon hakkas levima alles pärast neoliitikumiperioodi, selgitas Elhaik. Selle mutatsiooni tuvastamine proovis tähendab, et organism ei saa olla vanem kui umbes 12,000 XNUMX aastat. 

TPS otsib kümneid tuhandeid seda tüüpi markereid, et piirata inimese säilmete vanust. Masinõppe toega tarkvara õpetati nende mutatsioonimustrite järgi juba dateeritud jäänustest. Uue DNA proovi korral võib see ennustada, kui vana see olema peab. Täpsemalt, meeskond koolitas oma mudelit inimgenoomide avaliku andmekogumi põhjal, mis on enamasti dateeritud radiosüsiniku ja arheoloogiliste meetodite abil. 

Kui TPS-i testiti, olid 75 protsenti sellega dateeritud proovidest 445 aasta raadiuses pärast radiosüsiniku keskmist kuupäeva; 16 protsenti proovidest pärines rohkem kui 1,000 aastat pärast radiosüsiniku keskmist kuupäeva. Lühidalt öeldes võivad tulemused olla kehvad ja meetod toimib halvemini proovide puhul, mis on eriti vanad ja kus pole nii palju treeningandmeid. Meeskond katsetas mudelit ka, hankides selle samasse perekonda kuuluvate inimeste jäänused.

"Kõige olulisem tõend täpsuse kohta oli TPS-i rakendamine pereliikmete kohtamisele," selgitas Elhaik. „Pereliikmed peavad olema dateeritud samasse aega. Isa ja poeg ei saa olla üksteisest 1,000 aasta kaugusel. TPS suutis pereliikmetega kohtamas käia samas ajavööndis ilma selgesõnalise koolituseta.

Geneetilised markerid on erinevates geograafilistes piirkondades erinevad. Praegust mudelit koolitati tuhandete Euroopast, Lääne-Aasiast ja Ida-Kesk-Aasiast kogutud genoomide põhjal ning see ei ole väga täpne väljaspool neid piirkondi leitud isendite dateerimisel. Teadlased soovivad oma mudelit täiustada, koolitades seda mitmekesisemate andmekogumitega.

Kui arheoloogid leiavad inimjäänuseid, võib selles olla piiratud kogus orgaanilist materjali, millest ei pruugi piisata nii radiosüsiniku dateerimiseks kui ka DNA järjestamiseks

"Soovime seda laiendada, et see oleks kohaldatav aafriklastele ja ameeriklastele, mis on saadaolevate proovide väikese arvu jaoks keerulisem," ütles Elhaik. "Samuti tahaksime parandada ennustusi väga iidsete proovide jaoks. Mudel on hädas ainult väga vanade proovidega – 8,000–10,000 XNUMX aastat enne praegust – andmete nappuse tõttu, jällegi probleem, mis aja jooksul laheneks.

TPS annab arheoloogidele proovide dateerimiseks veel ühe meetodi ja see võib aidata juhtudel, kui radioaktiivse süsiniku dateerimiseks ei ole piisavalt proovi, ja see võib aidata kontrollida vanuse hinnanguid.

"Kui arheoloogid leiavad inimsäilmeid, võib selles olla piiratud kogus orgaanilist materjali, millest ei pruugi piisata nii radiosüsiniku dateerimiseks kui ka DNA järjestamiseks," ütles Elhaik. "DNA sekveneerimine võib meile öelda palju rohkem, kuid ilma kuupäevata on see teave kasutu, see kehtib poolte skelettide puhul, millel pole radiosüsiniku dateerimist."

"Kui nad otsustavad läheneda iidsele DNA-laborile, nagu Kopenhaageni ülikooli geogeneetika keskuses asuv, saavad nad nende jäänuste dateerimiseks kasutada TPS-i. Samuti saavad nad kasutada TPS-i olemasolevate proovide testimiseks ja kinnitamiseks, " lõpetas ta. ®