Bagaimana para arkeolog dapat menggunakan AI untuk mengencani nenek moyang kita

Algoritme AI dapat digunakan untuk menentukan tanggal sisa-sisa manusia purba dengan menganalisis DNA mereka, penelitian yang baru saja diterbitkan telah diusulkan.

Sebuah tim yang dipimpin oleh Universitas Lund di Swedia mengembangkan metode yang menggunakan pembelajaran mesin untuk mengidentifikasi genom dalam organisme mati untuk menentukan seberapa jauh mereka berasal.

“Belum ada perkembangan besar dalam penanggalan kuno sejak pengembangan penanggalan radiokarbon 80 tahun yang lalu,” Eran Elhaik, penulis utama studi tersebut, diterbitkan dalam Metode Laporan Sel, dan seorang profesor di departemen biologi di Universitas Lund, mengatakan Pendaftaran.

“Satu-satunya alternatif adalah penanggalan arkeologis, yang jauh lebih subjektif, tetapi merupakan metode pertama yang digunakan.

Ini adalah metode pertama yang menawarkan pendekatan yang sangat berbeda dalam 80 tahun

“Ini adalah metode pertama yang menawarkan pendekatan yang sangat berbeda dalam 80 tahun. Ini didasarkan pada urutan DNA, yang sekarang dapat diurutkan dengan lebih mudah dan akurat daripada sebelumnya menggunakan bahan organik dalam jumlah yang sangat sedikit. Karena penanggalan radiokarbon mengalami banyak bias, para arkeolog dapat menggunakan metode kami secara bebas dan cepat untuk mendapatkan perkiraan lain.”

Penanggalan radiokarbon adalah metode yang banyak digunakan untuk memperkirakan usia barang berbasis karbon hingga 50,000 tahun. Organisme hidup terdiri dari berbagai bentuk karbon yang terus diisi ulang, dan ketika makhluk-makhluk ini mati, satu isotop radioaktif yang dikenal sebagai karbon-14 di dalamnya mulai membusuk. 

Para arkeolog menggunakan waktu paruh karbon-14 sebagai tolok ukur. Setiap 5,730 tahun, jumlah karbon-14 dalam sampel berkurang setengahnya. Dengan mengukur tingkat karbon-14 yang ada dalam suatu bahan dan membandingkannya dengan isotop karbon stabil lainnya, mereka dapat memperkirakan berapa umurnya.

Tetapi penanggalan radiokarbon tidak selalu akurat, dan hasilnya bergantung pada kualitas dan kuantitas bahan yang tersedia hingga saat ini. Sampel murni, seperti tulang mumi yang diawetkan selama ribuan tahun di sebuah makam, lebih baik daripada potongan-potongan kecil sisa sisa yang telah terkontaminasi oleh lingkungan.

Teknik Lund AI, yang dikenal sebagai Struktur Populasi Temporal (TPS), mencari penanda genetik yang telah bermutasi dari waktu ke waktu untuk memperkirakan usia. Perubahan kecil pada DNA untuk gen LCT, misalnya, berarti manusia dapat menghasilkan enzim untuk mencerna laktosa. Mutasi baru mulai menyebar setelah periode neolitik, Elhaik menjelaskan. Mendeteksi mutasi ini dalam sampel berarti organisme tidak dapat lebih tua dari sekitar 12,000 tahun. 

TPS mencari puluhan ribu jenis penanda ini untuk mempersempit usia jenazah seseorang. Perangkat lunak yang didukung pembelajaran mesin dilatih tentang pola mutasi ini dari sisa-sisa yang telah diberi tanggal. Diberi sampel DNA baru, ia dapat memprediksi berapa umurnya. Secara khusus, tim melatih model mereka pada kumpulan data publik genom manusia yang sebagian besar telah diberi tanggal menggunakan metode radiokarbon dan arkeologi. 

Ketika TPS diuji, 75 persen dari sampel yang diberi tanggal berada dalam 445 tahun dari tanggal radiokarbon rata-rata; 16 persen dari sampel berumur lebih dari 1,000 tahun dari tanggal radiokarbon rata-rata. Singkatnya, hasilnya bisa rapuh dan metode ini bekerja lebih buruk untuk sampel yang sangat tua dan di mana tidak ada banyak data pelatihan. Tim juga menguji model tersebut dengan memasukkannya ke dalam sisa-sisa orang dalam keluarga yang sama.

“Bukti akurasi yang paling penting adalah penerapan TPS pada anggota keluarga saat ini,” jelas Elhaik. “Anggota keluarga harus diberi tanggal pada waktu yang sama. Ayah dan anak tidak mungkin berjarak 1,000 tahun dari satu sama lain. TPS dapat mengencani anggota keluarga dalam zona waktu yang sama tanpa pelatihan eksplisit.”

Penanda genetik bervariasi di berbagai geografi. Model saat ini dilatih pada ribuan genom yang dikumpulkan dari Eropa, Asia Barat, dan Asia Timur-Tengah, dan itu tidak akan terlalu akurat dalam menentukan umur spesimen yang ditemukan di luar wilayah ini. Para peneliti ingin meningkatkan model mereka dengan melatihnya dengan kumpulan data yang lebih beragam.

Ketika para arkeolog menemukan sisa-sisa manusia, mungkin memiliki bahan organik dalam jumlah terbatas, yang mungkin tidak cukup untuk penanggalan radiokarbon dan pengurutan DNA.

“Kami ingin memperluasnya agar dapat diterapkan ke orang Afrika dan Amerika, yang lebih menantang untuk sejumlah kecil sampel yang tersedia,” kata Elhaik. “Kami juga ingin meningkatkan prediksi untuk sampel yang sangat kuno. Model ini hanya berjuang dengan sampel yang sangat tua – 8,000 hingga 10,000 tahun sebelum saat ini – karena kelangkaan data, sekali lagi, masalah yang akan diselesaikan seiring waktu.”

TPS memberi para arkeolog metode lain untuk menentukan umur spesimen, dan ini dapat membantu dalam kasus di mana tidak ada cukup sampel untuk melakukan penanggalan karbon radioaktif dan dapat membantu memverifikasi perkiraan usia.

“Ketika para arkeolog menemukan sisa-sisa manusia, mungkin memiliki bahan organik dalam jumlah terbatas, yang mungkin tidak cukup untuk penanggalan radiokarbon dan pengurutan DNA,” kata Elhaik. “Pengurutan DNA dapat memberi tahu kita lebih banyak, tetapi tanpa tanggal, informasi ini tidak berguna, ini adalah kasus setengah dari kerangka yang tidak diberi tanggal radiokarbon.”

“Jika mereka memutuskan untuk mendekati laboratorium DNA kuno, seperti yang ada di GeoGenetic Center di Universitas Kopenhagen, mereka dapat menggunakan TPS untuk menentukan tanggal sisa-sisa ini. Begitu juga bisa menggunakan TPS untuk menguji dan memvalidasi sampel yang ada,” pungkasnya. ®