Ett oansenligt avtryck i sten, ett mobilfoto, en algoritm – och plötsligt står fåglarnas utvecklingshistoria på spel.

Så här gör en app gamla spår läsbara igen

Paleontologer från Tyskland och Storbritannien har börjat använda en ny AI som analyserar förstenade dinosauriespår. Mjukvaran upptäcker mönster som experter har förbisett i decennier – och stöter på fotformer som påfallande mycket liknar moderna fåglar. Samtidigt bjuder en app in intresserade amatörer direkt i forskningsprojektet.

Hittar du idag ett misstänkt avtryck i ett stenbrott eller på en klippvägg kan du i princip bli en del av forskningen med din smartphone. Appen DinoTracker bearbetar foton eller teckningar av fossila fotavtryck och skickar dem till en AI som är specialiserad på formanalys.

Bakgrunden är enkel: Dinosauriespår är ofta ofullständiga, vittrade eller förvrängda. Forskare är regelbundet oense om huruvida ett avtryck verkligen härstammar från en viss dinosaurie, eller om det bara är en slumpmässig form i leran. Exakt här sätter det nya tillvägagångssättet in.

I stället för att lita på enskilda experters magkänsla mäter AI:n varje spår utifrån samma kriterier – enhetligt över hela världen.

Forskarna från Universität Tübingen, Universität Manchester och Museum für Naturkunde i Berlin har digitaliserat över 2 000 trefingriga fotavtryck från hela världen. Spåren härstammar övervägande från perioden mellan 200 och 145 miljoner år sedan – alltså från trias och jura.

Så här arbetar AI:n med dinosauriefotavtryck

Tekniskt sett ligger ett så kallat Convolutional Neural Network bakom systemet – ett neuralt nätverk utvecklat speciellt för bilddata. Forskarna har omvandlat varje spår till ett slags siluett: tydliga konturer framför detaljerade foton, så att endast formen räknas.

Därefter standardiserar systemet alla avtryck. Det undersöker bland annat följande:

Vinklar och orientering av tårna
Längd och bredd på hälområdet
Avståndet mellan tårna
Avtryckens övergripande form – smal, bred, symmetrisk eller asymmetrisk

Utifrån dessa karakteristika genererar AI:n ett så kallat morfologiskt rum med åtta dimensioner. Man kan grovt föreställa sig det som ett koordinatsystem, där varje punkt motsvarar ett spår.

Varje fotavtryck placeras som en punkt i detta formrum – spår med liknande form ligger nära varandra, medan mycket avvikande former placeras långt ifrån varandra.

Därmed kan hittills svårklassificerbara avtryck placeras in objektivt: Vilket spår liknar mest de kända formerna? Finns det grupper som ingen hittills har uppfattat som sammanhörande?

Varför forskarna satsar på ”fördomsfri” AI

En central punkt är att AI:n lär sig utan övervakning. Utvecklarna ger den inga etiketter som ”theropod”, ”sauropod” eller ”fågelbesläktad”. Algoritmen ser uteslutande på spårets geometri.

Fördelen är uppenbar: Många historiska klassificeringar i databaser är osäkra eller direkt felaktiga. Om en AI lär sig av sådana felaktiga etiketter tar den över felen. I detta system håller sig mjukvaran medvetet fri från den problematiken och grupperar spår uteslutande efter formlikhet.

För att göra systemet mer robust har forskarna dessutom genererat över 10 000 konstgjorda varianter av de ursprungliga spåren. Dessa simuleringar inkluderar:

Avrundade eller delvis ”utsuddade” tår
Utvidgning till följd av lera eller eftergivligt underlag
Rotationer och förskjutningar som uppstår vid sneda fotsteg
Förvrängningar orsakade av djurets vikt och rörelse

AI:n lär sig på så sätt att verkliga spår sällan är perfekta – och känner igen den underliggande formen trots skador. I tester överensstämmer mjukvaran med erfarna ichnologer i cirka 90 procent av fallen vid välbevarade avtryck.

Urgamla spår, moderna fågelfötter: Vad AI:n hittade

Det blir riktigt spännande vid de avtryck som faller klart utanför mönstret. Studien rapporterar om spår som är över 210 miljoner år gamla – alltså från en tid då fåglar egentligen ännu inte existerade.

AI:n placerar några av dessa spår i en region av formrummet som är häpnadsväckande nära moderna fågelspår. Typiska kännetecken:

Smal, trefingrig struktur
Tydligt igenkännbar längdsymmetri
Litet avstånd mellan tårna
En övergripande ”sträckt”, nästan spinkig fot

För forskarna ser några av dessa trias-spår ”misstänkt fågelartade” ut – miljontals år innan klassiska fossiler av tidiga fåglar dyker upp.

Det öppnar för två scenarier, som båda är anmärkningsvärda:

Den linje som fåglarna senare uppstod från kan vara betydligt äldre än man hittills antagit.
Eller vissa rovödlor från trias hade fötter som redan starkt liknade moderna fåglars grundplan – ett fall av konvergent evolution.

En sak är säker: AI:n tilldelar inga artnamn. Den säger inte ”Detta var en tidig fågel”, utan beskriver endast formmässig närhet. Just därför får fyndet större tyngd, eftersom det inte är bundet till traditionella klassificeringar.

Vad det betyder för vår förståelse av dinosauriernas rörelse

Forskarna jämför de ”fågelartade” spåren med yngre spår från jura och krita. I det åttadimensionella formrummet tecknar sig glidande övergångar: från mer klumpiga, brett ställda fötter mot smalare, fågelartade former.

Det stödjer idén om en gradvis anpassning mot effektiv, tvåbent gång – precis som man ser det hos fåglar idag. Kombinerat med benfynd från theropoder, de närmast kända släktingarna till fåglar, får diskussionen om den exakta tidpunkten för fåglarnas uppkomst nytt liv.

Citizen Science: När amatörfossilsamlare matar datamängden

En av projektets stora dragningskrafter är att det inte förblir bakom elfenbenstornet. DinoTracker satsar medvetet på deltagande från intresserade amatörer. Stöter du på ett möjligt spår under en vandring kan du rapportera det via appen.

Förfarandet är enkelt: ladda upp ett foto eller en skiss, ange en grov skala, dela platsdata – resten går automatiskt. AI:n klassificerar avtrycket och visar det i det morfologiska rummet. Användarna kan se vilka kända spår deras fynd liknar mest.

Från spridda enskilda observationer uppstår med tiden ett globalt register över dinosauriespår – halvt professionellt, halvt drivet av gemenskapen.

För forskningen ger det två stora fördelar:

Datamängden växer snabbt, även från regioner utan dinosaurieexperter.
Standardiseringen av analysen gör fynd jämförbara, oavsett vem som rapporterar dem.

Nya, vetenskapligt användbara spår kan efter genomgång ingå i AI:ns träningsdata. Därmed förbättrar systemet sig självt – ett kretslopp av fler fynd, bättre modell och ännu mer precisa klassificeringar.

Vart teknologin kan röra sig härnäst

Forskarna tänker redan utanför dinosauriefotspår. Grundidén om att låta rena former bli analyserade automatiskt passar även till andra fossiler: växtavtryck, spår från ryggradslösa djur, fragment av ben eller skal.

Med en passande tränad AI skulle man kunna:

Ansluta brutna ben till virtuella komplettskelett
Statistiskt särskilja fotspår från olika djurgrupper i ett område
Systematiskt gå igenom gamla samlingar på museer på nytt

Just museer sitter ofta på enorma förråd av nästan obearbetade fynd. En algoritm skulle kunna göra inledande sorteringar, markera ovanligheter och därmed leda mänskliga experter mer precist mot spännande stycken.

Vad ”morfologiskt rum” och ”oövervakad inlärning” egentligen betyder

Kämpar du med fackbegreppen kan du föreställa dig dem förenklat så här:

Morfologiskt rum: Ett abstrakt rum där varje spår har en koordinat. Närhet betyder formlikhet, distans betyder tydliga skillnader.
Oövervakad inlärning: AI:n grupperar data självständigt, utan att människan på förhand fastställer vilken kategori som är ”riktig”.

Denna kombination är särskilt intressant för discipliner där många fynd existerar, men endast få människor kan klassificera dem. AI:n sorterar först – människan tolkar efteråt.

För paleontologin betyder det: i stället för att förlora sig i detaljdebatter om enskilda spår hamnar övergripande mönster i fokus. Vilka former dyker upp parallellt på olika platser och tider? Var bryter tendenser plötsligt av? När hopar sig fågelartade fötter, och när dominerar massiva steg?

Exakt i dessa mönster ligger materialet till nya hypoteser om evolution – och kanske till nästa överraskande likhet mellan dinosaurier och gråsparvarna i din egen trädgård.