En maskin som studerar fotspår istället för ben

Forskare från Tyskland och Storbritannien har tagit fram ett verktyg som kan analysera ett dinosauriespår med samma precision som ansiktsigenkänningstekniken i moderna smartphones arbetar. Det förvånande resultatet? I många av de äldsta fotspåren känner datorn igen något anmärkningsvärt välbekant: formen på nutida fågelfötter.

Klassisk paleontologi möter artificiell intelligens

De flesta förknippar paleontologi med mödosamt utgrävningsarbete och fossila skelett. Men en enorm mängd kunskap om utdöda kräldjur döljer sig i något betydligt mer förgängligt: fotavtryck i förhistorisk dy som idag har stelnat till sten. Dessa spår är ofta skadade, förvrängda och nedbrytna av tid och väder — och de har traditionellt varit svåra att tolka, även för erfarna specialister.

Ett forskarlag från universitetet i Tübingen gick samman med kollegor från Manchester och Berlins Museum für Naturkunde för att överlåta dessa utmaningar till artificiell intelligens. De utvecklade en algoritm som inte behöver mänsklig vägledning om hur en viss spårtyp ”borde” se ut. Systemet tittar uteslutande på formen och hittar själv mönster.

Den artificiella intelligensen analyserar tusentals dinosauriespår som fingeravtryck och grupperar dem efter verkliga likheter — inte efter forskarens förutfattade föreställningar.

Så fungerar DinoTracker: från foto till åttadimensionellt rum

Kärnan i projektet är en mobilapplikation kallad DinoTracker, som drivs av ett neuralt nätverk. Träningsdatabasen innehåller över 2 000 trefingrade fotspår från hela världen, daterade till perioden från cirka 200 till 145 miljoner år sedan. Forskarna reducerade först spåren till förenklade konturer, så att algoritmen endast ser ren geometri — inte stenens färg eller erosionsmärken.

När en användare fotograferar ett spår eller skickar in en skiss, identifierar systemet automatiskt en rad karaktäristiska punkter, däribland:

tårnas riktning och placering,
längden på den bakåtliggande delen,
proportionerna mellan de enskilda tårna,
spårets övergripande kontur.

På denna grund omvandlar algoritmen varje fotspår till åtta centrala formparametrar. Därigenom placeras spåret i ett så kallat morfologiskt rum med åtta dimensioner, där liknande spår hamnar nära varandra, medan mycket olika spår separeras.

Det morfologiska rummet fungerar i praktiken som en karta över former, där varje spår har sin egen adress definierad av åtta tal.

Denna analysmetod eliminerar situationer där två experter når vitt skilda slutsatser om samma avtryck. Under tester nådde algoritmens överensstämmelse med specialisternas bedömningar upp till omkring 90 procent för välbevarade spår — och maskinen arbetar alltid konsekvent på exakt samma sätt.

Inlärning utan etiketter: en AI som inte känner till dinosaurienamn

Det mest fascinerande med DinoTracker är att systemet inte tränades på expertmärkta exempel. Istället tillämpade forskarna så kallad icke-övervakad inlärning. Det innebär att algoritmen aldrig fick information som ”detta är ett spår från en viss art” eller ”detta är ett rovdjursspår”. Den fick endast se formen och skulle själv hitta grupper av liknande avtryck.

För att göra systemet robust mot skador och deformationer genererade teamet över 10 000 konstgjorda spår baserade på de äkta. De simulerade bland annat:

suddighet eller partiell utplåning av en tå,
vidgning av hela avtrycket, som om djuret trampat i mjukt underlag,
rotation av spåret i olika vinklar,
mindre deformationer motsvarande att jorden sjönk under djurets vikt.

Tack vare denna träning hanterar algoritmen även starkt ofullkomligt material — precis den sortens som man oftast stöter på i fält. Istället för att fråga ”är detta med säkerhet ett känt dinosauriespår?” ställer systemet frågan: ”Vilka andra spår liknar detta mest?”

Spår från 210 miljoner år sedan påminner om nutida fågelfötter

När forskarna placerade spår från olika geologiska perioder i det morfologiska rummet, började intressanta mönster träda fram på kartan. Det mest uppseendeväckande var en grupp mycket gamla avtryck — över 210 miljoner år gamla — som i algoritmens analys hamnade överraskande nära spår kopplade till fåglar.

Dessa urgamla spår delar flera drag med det vi känner från trottoarer i parker, där duvor och måsar promenerar:

en smal, trefingrig form,
tydligt framträdande tåprofiler,
proportioner som skiljer sig markant från de tyngre, bredare spåren från stora växtätande dinosaurier.

Fyndet understödjer idén om att förbindelsen mellan dinosaurier och fåglar sträcker sig långt djupare tillbaka i tiden än många tidigare antog. Fotavtrycket som biologiskt vittne visar sig rymma information som kan konkurrera med själva benen.

Vad betyder det för framtida forskning?

DinoTracker öppnar upp för ett nytt tillvägagångssätt i studiet av förhistoriskt liv. Systemet kan användas direkt i fält via mobiltelefon, vilket betyder att även ett spår funnet av en amatörforskare snabbt kan jämföras med tusentals exempel i databasen. Det demokratiserar paleontologisk forskning på ett sätt som tidigare var otänkbart.

Dessutom ger den konsekventa, bias-fria analysen möjlighet att ompröva spår som tidigare felklassificerades av mänskliga experter. Med över två decenniers fossil spårdata tillgänglig globalt är potentialen för nya upptäckter betydande — och jämförelsen med fågelspårets geometri är bara det första överraskande resultatet.