Hur en app gör miljontals år gamla spår läsbara igen

Paleontologer från Tyskland och Storbritannien har börjat använda en ny AI som analyserar förstonade dinosaurieavtryck. Programvaran upptäcker mönster som experter missat i årtionden – och stöter på fotformer som påfallande mycket liknar moderna fåglar. Samtidigt bjuder en app in intresserade amatörer direkt i forskningsprojektet.

Föreställ dig att du hittar ett misstänkt avtryck i ett stenbrott eller på en klippvägg. Med appen DinoTracker kan du idag använda din smartphone för att bli en del av forskningen. Appen behandlar 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. Experter diskuterar regelbundet om ett avtryck verkligen härrör från en viss dinosaurie, eller om det bara är en slumpmässig form i den gamla leran. Det är just här som det nya tillvägagångssättet gör skillnad.

Istället för att förlita sig på enskilda experters magkänsla mäter AI:n varje spår enligt samma kriterier – enhetligt över hela världen.

Forskarna från Universität Tübingen, University of 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 arbetar AI:n med dinosauriernas fotavtryck

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

Därefter standardiserar systemet alla avtryck och undersöker bland annat:

Vinklar och riktning på tårna
Längd och bredd på hälområdet
Avståndet mellan tårna
Avtryckets övergripande form – smalt, brett, symmetriskt eller asymmetriskt

Utifrån dessa kännetecken 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 hamnar som en punkt i detta formrum – spår med liknande form ligger nära varandra, medan mycket avvikande former befinner sig långt ifrån varandra.

Det möjliggör att objektivt placera hittills svårklassificerade avtryck: Vilket spår liknar mest de kända formerna? Finns det grupper som ingen hittills har känt igen som besläktade?

Därför satsar forskarna på ”förutsättningslös” AI

Ett centralt element är att AI:n lär sig utan övervakning. Utvecklarna ger den inga etiketter som ”theropod”, ”sauropod” eller ”fågelförvant”. Istället tittar algoritmen uteslutande på spårets geometri.

Fördelen är tydlig: Många historiska klassifikationer i databaser är osäkra eller helt enkelt felaktiga. Om en AI lär sig utifrån felbehäftade etiketter, ärver den samma fel. Det nuvarande systemet distanserar sig medvetet från detta och grupperar spår uteslutande efter formsläktskap.

För att göra systemet mer robust har forskarna dessutom genererat över 10 000 konstgjorda variationer av originalspåren. Dessa simuleringar inkluderar:

Avrundade eller delvis ”nedslitna” tår
Utvidgning till följd av lera eller eftergivligt underlag
Rotationer och förskjutningar som uppstår vid sned placering
Förvrängningar till följd av djurets vikt och rörelse

AI:n lär sig därmed att verkliga spår sällan är perfekta – och känner igen den grundläggande formen trots skador. I tester överensstämmer programvaran med erfarna iknologer i ungefär 90 procent av fallen vid välbevarade avtryck.

Urgamla spår, modern fågelfot: Vad AI:n hittade

Det riktigt spännande uppstår vid de avtryck som faller tydligt utanför mönstret. Studien beskriver spår som är över 210 miljoner år gamla – från en tid då det faktiskt ännu inte existerade fåglar.

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

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

För forskarna ser några av dessa Trias-spår ”misstänkt fågelliknande” ut – miljontals år innan de klassiska fossilerna av tidiga fåglar dyker upp.

Det ger upphov till två scenarier som båda är anmärkningsvärda:

Den linje som fåglarna sedan utvecklades från kan vara betydligt äldre än tidigare antagit.
Eller så hade vissa rovödlor från Trias fötter som redan starkt liknade moderna fåglars grundplan – ett exempel på konvergent evolution.

Det är viktigt att understryka: AI:n tilldelar inga artnamn. Den säger inte ”detta var en tidig fågel”, utan beskriver uteslutande formlik likhet. Det är just därför som fyndet väger tungt – det är inte bundet till överleverade klassifikationer.

Vad det betyder för vår förståelse av dinosauriernas rörelse

Forskarna jämför de ”fågelliknande” spåren med yngre spår från Jura och Krita. I det åttadimensionella formrummet tecknar sig glidande övergångar: från relativt klumpiga, brett stående fötter till smalare, fågelliknande 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, fåglarnas närmast kända släktingar, får debatten om den exakta tidpunkten för fåglarnas ursprung ny bränsle.

Citizen Science: När hobbyfossilsamlare matar databasen

En av projektets stora kvaliteter är att det inte förblir inom forskningens elfenbenstorn. DinoTracker satsar medvetet på deltagande från intresserade amatörer. Den som stöter på ett möjligt spår under en vandring kan rapportera det via appen.

Processen är enkel: Ladda upp ett foto eller en skiss, ange en grov skala, släpp platsdata – resten körs automatiskt. AI:n klassificerar avtrycket och visar det i det morfologiska rummet. Användarna kan se vilka kända spår deras fynd liknar mest.

Av 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, också från regioner utan dinosaurieexperter.
Standardiseringen av analysen gör fynd mer jämförbara, oavsett vem som rapporterar dem.

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

Vart teknologin kan utvecklas vidare

Forskarna tänker redan bortom dinosauriernas fotspår. Grundidén om att låta rena former bli analyserade automatiskt passar också för andra fossiler: avtryck av växter, spår från ryggradslösa djur, fragment av ben eller skal.

Med en passande tränad AI skulle man kunna:

Koppla krossade benbitar till virtuella kompletta skelett
Statistiskt skilja tryckspår från olika djurgrupper i ett område
Systematiskt granska gamla samlingar på museer på nytt

Museer sitter ofta på enorma lager av nästan obehandlade fynd. En algoritm kunde göra en första sortering, markera särskilda fynd och därmed leda mänskliga experter mer målinriktat mot de intressanta styckena.

Vad ”morfologiskt rum” och ”oövervakad inlärning” betyder

För dem som kämpar med fackbegreppen kan de förklaras förenklat så här:

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

Denna kombination är särskilt spännande inom discipliner där det existerar många fynd, men endast få personer för att klassificera dem. AI:n sorterar på förhand – människan tolkar efteråt.

För paleontologin betyder det: Istället för att fördjupa sig i detaljdiskussioner om enskilda spår, hamnar övergripande mönster i centrum. Vilka former dyker upp parallellt på olika platser och i olika tidsperioder? Var stannar tendenser plötsligt? När hopar sig fågelliknande fötter, och när dominerar de tunga stegen?

Det är just i dessa mönster som stoffet till nya evolutionshypoteser ligger – och kanske nyckeln till den nästa överraskande kopplingen mellan dinosaurierna och gråsparvarna i din egen trädgård.