Kas masinate meel õpetab meile midagi uut selle kohta, mida tähendab olla inimene? Kui rääkida keerulisest loost meie liigi keeruka päritolu ja arengu kohta, siis tundub, et nad saavad seda teha.
Hiljutises uuringus kasutati masinõppe tehnoloogiat, et analüüsida inimese päritolu ja evolutsiooni kaheksat juhtivat mudelit. Programm tuvastas inimese esivanemate „kummituspopulatsiooni” inimgenoomis. Analüüs viitab sellele, et varem tundmatu ja ammu väljasurnud homiinide rühm arvas Homo sapiens'iga Aasias ja Okeaanias kuskil inimkonna evolutsiooniajaloo pikal pöördelisel teel, jättes tänapäeva inimese DNA-sse ainult killustatud jäljed.
Ajakirjas Nature Communications avaldatud uuring on üks esimesi näiteid selle kohta, kuidas masinõpe aitab avastada vihjeid meie endi päritolule. Uurides kivistunud luudesse jäänud tohutul hulgal genoomseid andmeid ja võrreldes seda tänapäeva inimeste DNA-ga, saavad teadlased hakata täitma mõnda meie liigi evolutsiooniajaloo lünka.
Sel juhul näivad tulemused vastavat paleoantropoloogia teooriatele, mis töötati välja maapinnast leitud inimese esivanemate fossiilide uurimisel. Uued andmed viitavad sellele, et salapärane hominiin pärines tõenäoliselt Neanderthalite ja Denisovanside segust (keda inimese sugupuul tuvastati ainulaadse liigina alles 2010. aastal). Selline liik meie evolutsioonilises minevikus näeks välja palju nagu Siberis Denisova koopast pärit 90 000-aastase teismelise tüdruku fossiil. Tema säilmeid kirjeldati eelmisel suvel kui ainsa teadaoleva näite kahe liigi esimese põlvkonna hübriidi koos neandertaallasest ema ja Denisovani isaga.
"See on täpselt selline inimene, keda me selle elanikkonna päritolult leiame, kuid see ei peaks olema ainult üksik indiviid, vaid terve populatsioon, " ütleb uuringu kaasautor Jaume Bertranpetit, Barcelona Pompeu Fabra ülikooli evolutsioonibioloog.
Varaste inimeste võime kohaneda muutuvate tingimustega võimaldas lõppkokkuvõttes varasematel Homo liikidel varieeruda, ellu jääda ja levida Aafrikast Euraasiasse 1, 85 miljonit aastat tagasi. (Antón, Potts ja Aiello (2014), Science 345 (6192) viisaka pildiga) Varasemad inimgenoomi uuringud on näidanud, et pärast kaasaegsete inimeste lahkumist Aafrikast, võib-olla 180 000 aastat tagasi, nad pärast seda surid selliste liikidega nagu Neanderthals ja Denisovans, kes eksisteerisid enne väljasuremist varakult tänapäevaste inimestega. Kuid meie sugupuu ümberjoonistamine nende lahknevate harude kaasamiseks on olnud keeruline. Kummitusliikide kohta võib tõendusmaterjali olla vähe ja eksisteerib palju üksteisega konkureerivaid teooriaid, et selgitada, millal, kus ja kui sageli võisid Homo sapiens teiste liikidega segastuda.
Nende iidsete liikidevaheliste sidemete jälgi, mida nimetatakse introgressioonideks, saab tuvastada kui lahknevuse kohti inimese genoomis. Teadlased täheldavad kahe kromosoomi erinevust rohkem, kui võiksite arvata, kui mõlemad kromosoomid pärinevad samast inimliigist. Kui teadlased 2010. aastal neandertaallaste genoomi sekveneerisid, mõistsid nad, et mõned neist erinevustest esindasid meie genoomi fraktsioone, mis pärinesid neandertaallastelt. Uuringud on ka näidanud, et mõned elusad inimesed suudavad oma esivanematest avastada Denisovansi kuni 5 protsenti.
"Niisiis, me arvasime, et proovime leida need genoomis esinevad suured erinevused, uurida, millised on neandertaallased ja millised Denisovanid, ja siis vaadata, kas need seletavad kogu pilti, " räägib Bertranpetit. "Nagu juhtub, lahutades neandertaallaste ja Denisovani osad, on genoomis siiski midagi, mis on väga erinev."
Kogu genoomi paljude erinevate kohtade väljaselgitamine ja analüüsimine ning lugematu arvu geneetiliste kombinatsioonide arvutamine, mis neid oleks võinud tekitada, on inimestele liiga suur ülesanne, et nendega iseseisvalt hakkama saada, kuid see on ülesanne, mis võib olla kohandatud sügava õppimise algoritmide jaoks.
Süvaõpe on tehisintellekti tüüp, milles algoritmid on loodud töötama kunstliku närvivõrgustikuna või programmiga, mis suudab teavet töödelda samamoodi nagu imetaja aju. Need masinõppe süsteemid suudavad tuvastada mustreid ja arvestada varasema teabega „õppimiseks“, võimaldades neil pärast tohutu hulga andmete analüüsimist täita uusi ülesandeid või otsida uut teavet. (Levinud näide on Google DeepMindi AlphaZero, mis võib õpetada ennast lauamänge valdama.)
"Sügav õppimine sobib keerukama kujuga asjade komplektiks suuremas ruumis olevate punktidega, " ütleb Temple University evolutsioonilise genoomikaekspert Joshua Schraiber. „Selle asemel, et joondada Y ja X vahelist joont, sobitate mõne sirgjoonelise asja punktide komplektiga palju suuremas, tuhandemõõtmelises ruumis. Sügav õppimine ütleb: "Ma ei tea, milline sirgjooneline kuju neile punktidele peaks sobima, kuid vaatame, mis juhtub." "
Sel juhul seati masinad tööle, et analüüsida inimese genoomi ja ennustada inimese demograafiat, simuleerides, kuidas meie DNA oleks võinud areneda iidse evolutsiooni paljude tuhandete võimalike stsenaariumide käigus. Programm võttis arvesse nii DNA struktuuri ja evolutsiooni kui ka inimeste rände- ja ristumisvorme, et proovida mõnda tükki uskumatult keerukaks mõistatuseks kokku panna.
Teadlased koolitasid arvutit analüüsima kaheksat erinevat mudelit kõige varasematest varase evolutsiooni teooriatest kogu Euraasias. Mudelid tulid varasematest uuringutest, kus üritati välja töötada stsenaarium, mille tulemuseks oleks praegune pilt inimese genoomist, sealhulgas selle teadaolevad Neanderthali ja Denisovani komponendid.
"Muidugi võiks olla ka teisi mudeleid, kuid need on need, mida teised inimesed on teaduskirjanduses välja pakkunud, " räägib Bertranpetit. Iga mudel algab aktsepteeritud Aafrika-välisest sündmusest, kirjeldab seejärel erinevat kogumit kõige tõenäolisemaid lõhesid inimliikide vahel, sealhulgas erinevaid põimimisi nii teadaolevate liikide kui ka võimalike „kummituslike” liikidega.
Inimesed ehk Homo sapiens põlvnevad püstise jalutamisega esivanemate keerulisest puust, sealhulgas liikidest perekondadest Ardipithecus, Australopithecus ja Paranthropus . (Smithsoniani inimpäritolu programm) "Kõigi nende kaheksa mudeli abil arvutame nädalate arvutuste abil, kui hästi nad on võimelised jõudma inimese tegelikku, praegust geneetilist koostist, " räägib Bertranpetit. "Iga kord, kui me simuleerime, on see inimese evolutsiooni võimaliku teekonna simulatsioon. Oleme neid simulatsioone käitanud tuhandeid kordi ja sügava õppimise algoritmid suudavad ära tunda, milline mudelitest sobib andmetega kõige paremini."
Masina järeldus? Meie sugupuus on esivanemate liike, mida me ei ole veel kindlaks teinud. "Kahtlemata on kummituste populatsiooni sissetungimise tõttu ainsad testitud mudelid, mida andmed tegelikult toetavad, " räägib Bertranpetit.
Intrigeeriv uurimus ja teised selletaolised võivad aidata ümber joonistada kaardi, kuidas inimesed rändasid ja arenesid, kuigi Euraasia ja Okeaania näib olevat üha keerukam iidne maailm.
"See on kindlasti huvitav ja kooskõlas tekkiva pildiga keerulisest võrkkestatud fülogeneesist inimese evolutsioonis, " ütleb Pennsylvania ülikooli populaargeneetik Iain Mathieson meili teel. "Ma pole isegi kindel, kas on mõistlik rääkida" sissetungimise sündmustest ", kui see tundub olevat norm." Tegelikult, kuna testiti ainult kaheksat mudelit ja paljud teised olid võimalikud, lisab Mathieson, et uued leiud on " kindlasti usutav stsenaarium, kuid tegelikkus on tõenäoliselt veelgi keerulisem. ”
Kuna põllul tehakse uusi fossiilseid avastusi, saab seda tüüpi programme kasutades nüüd uuendatud mudeleid inimese genoomi suhtes testida. Schraiberi sõnul seisneb sügava õppimise jõud inimese päritolu uurimisel just selles, et ta suudab analüüsida keerulisi mudeleid.
"Kui soovite teha äärmiselt detailset mudelit, kuna olete antropoloog, ja soovite teada, kas see sissetung leidis aset 80 000 aastat või 40 000 aastat tagasi, on see sügava õppimise lähenemisviisi jõud."
Muidugi keerulised on muistse Euraasia põimingud endiselt vaid üks osa meie inimloost. Bertranpetit usub, et edasised edusammud süvaõppes võivad aidata avastada muid uusi peatükke.
"Sellise analüüsimeetodiga saadakse igasuguseid uusi tulemusi, " ütleb ta. „Olen kindel, et Aafrikas töötavad inimesed leiavad väljasurnud rühmitusi, keda pole veel tunnustatud. Pole kahtlust, et Aafrika näitab meile tulevikus üllatavaid asju. ”
