Bolehkah minda mesin mengajar kita sesuatu yang baru tentang apa yang dimaksudkan untuk menjadi manusia? Apabila ia datang kepada kisah kompleks rumit dan evolusi spesies kita, nampaknya mereka boleh.
Satu kajian baru-baru ini menggunakan teknologi pembelajaran mesin untuk menganalisis lapan model utama sumber manusia dan evolusi, dan program ini mengenal pasti bukti dalam genom manusia "populasi hantu" nenek moyang manusia. Analisis menunjukkan bahawa kumpulan hominin yang tidak pernah diketahui dan lama telah berkahwin dengan Homo sapiens di Asia dan Oceania di sepanjang jalan sepanjang sejarah evolusi manusia, meninggalkan jejak terfragmentasi dalam DNA manusia moden.
Kajian yang diterbitkan dalam Nature Communications, adalah salah satu contoh pertama bagaimana pembelajaran mesin dapat membantu mengungkap petunjuk kepada asal usul kita sendiri. Dengan menanam melalui sejumlah besar data genom yang tertinggal dalam tulang fosil dan membandingkannya dengan DNA dalam manusia moden, saintis boleh mula mengisi beberapa jurang sejarah evolusi spesies kami.
Dalam kes ini, hasilnya sepadan dengan teori paleoantropologi yang dibangunkan daripada mempelajari fosil nenek moyang manusia yang terdapat di dalam tanah. Data baru menunjukkan bahawa hominin misteri itu berkemungkinan berasal dari campuran Neanderthals dan Denisovans (yang hanya dikenali sebagai spesies unik pada pokok keluarga manusia pada tahun 2010). Spesies sedemikian di masa lalu evolusi kita akan kelihatan seperti fosil seorang gadis remaja berusia 90, 000 tahun dari gua Denisova Siberia. Sisa-sisa beliau digambarkan pada musim panas lalu sebagai satu-satunya contoh hibrid generasi pertama antara kedua-dua spesies, dengan seorang ibu Neanderthal dan seorang bapa Denisovan.
"Ia betul-betul jenis individu yang kita harapkan untuk mencari pada asal-usul penduduk ini, tetapi ini bukanlah satu-satunya individu tetapi seluruh penduduknya, " kata penulis bersama Jaume Bertranpetit, ahli biologi evolusi di Pompeu Fabra University, Barcelona.
Keupayaan manusia awal untuk menyesuaikan diri dengan keadaan yang berubah-ubah akhirnya membolehkan spesies Homo terdahulu berubah, bertahan dan mula menyebar dari Afrika ke Eurasia 1.85 juta tahun yang lalu. (Image courtesy of Antón, Potts and Aiello (2014), Science 345 (6192)) Kajian genom manusia sebelumnya telah mendedahkan bahawa selepas manusia moden meninggalkan Afrika, mungkin 180, 000 tahun yang lalu, mereka kemudiannya campur tangan dengan spesies seperti Neanderthals dan Denisovans, yang wujud bersama manusia moden awal sebelum pupus. Tetapi menggubal semula pokok keluarga kami untuk memasukkan cawangan-cawangan berbeza ini menjadi sukar. Bukti untuk spesies "hantu" boleh jarang, dan banyak teori bersaing wujud untuk menjelaskan kapan, di mana dan berapa kerap Homo sapiens mungkin bersekolah dengan spesies lain.
Jejak dari interspesies kuno ini, yang dipanggil introgressions, dapat dikenalpasti sebagai tempat penyimpangan dalam genom manusia. Para saintis melihat lebih banyak pemisahan antara dua kromosom daripada yang anda harapkan jika kedua-dua kromosom berasal dari spesies manusia yang sama. Apabila saintis menyusun genom Neanderthal pada tahun 2010, mereka menyedari bahawa beberapa perbezaan ini mewakili pecahan genom kami yang berasal dari Neanderthal. Kajian juga mendedahkan bahawa beberapa manusia yang hidup dapat mengesan sebanyak 5 peratus daripada keturunan mereka kepada Denisovans.
"Jadi, kita fikir kita akan cuba mencari tempat-tempat yang berbeza di dalam genom, lihat mana yang Neanderthal dan yang Denisovan, dan kemudian lihat sama ada ini menjelaskan keseluruhan gambar, " kata Bertranpetit. "Seperti yang berlaku, jika anda menolak bahagian Neanderthal dan Denisovan, masih ada sesuatu dalam genom yang sangat berbeza."
Mengenal pasti dan menganalisis pelbagai tempat yang berbeza di seluruh genom, dan mengira kombinasi genetik yang tidak banyak yang dapat menghasilkannya, terlalu besar pekerjaan untuk manusia untuk menangani sendiri-tetapi itu tugas yang boleh disesuaikan untuk algoritma pembelajaran mendalam.
Pembelajaran yang mendalam adalah sejenis kecerdasan buatan di mana algoritma direka bentuk untuk berfungsi sebagai rangkaian neural buatan, atau program yang dapat memproses maklumat dengan cara yang sama seperti otak mamalia. Sistem pembelajaran mesin ini dapat mengesan corak dan akaun untuk maklumat terdahulu untuk "belajar, " yang membolehkan mereka melakukan tugas baru atau mencari maklumat baru setelah menganalisis sejumlah besar data. (Contohnya ialah AlphaZero Google DeepMind, yang boleh mengajar dirinya sendiri untuk menguasai permainan papan.)
"Pembelajaran yang mendalam sesuai dengan hal yang lebih rumit untuk menetapkan titik dalam ruang yang lebih besar, " kata Joshua Schraiber, ahli genomik evolusi di Temple University. "Daripada menyesuaikan garis di antara Y dan X, anda memuatkan beberapa perkara yang licik ke dalam satu set mata dalam ruang yang lebih besar, beribu-dimensi. Pembelajaran yang mendalam berkata, 'Saya tidak tahu apa bentuk yang pantas harus sesuai dengan perkara ini, tetapi mari lihat apa yang berlaku.' "
Dalam kes ini, mesin telah bersedia untuk menganalisis genom manusia dan meramalkan demografi manusia dengan meniru bagaimana DNA kita mungkin telah berkembang beribu-ribu senario evolusi purba. Program ini menyumbang struktur dan evolusi DNA serta model penghijrahan manusia dan perantaraan untuk mencuba untuk menyesuaikan beberapa bahagian bersama dalam teka-teki yang sangat rumit.
Para penyelidik melatih komputer untuk menganalisis lapan model yang berbeza dari teori yang paling munasabah mengenai evolusi awal manusia di seluruh Eurasia. Model-model ini datang dari kajian terdahulu yang cuba menghasilkan satu senario yang akan menghasilkan gambaran semasa genom manusia, termasuk komponen Neanderthal dan Denisovan yang diketahui.
"Mungkin terdapat model lain, tetapi model ini adalah orang lain yang mencadangkan dalam kesusasteraan saintifik, " kata Bertranpetit. Setiap model bermula dengan peristiwa yang diterima di luar Afrika, kemudian menampilkan beberapa pembahagian yang paling mungkin antara keturunan manusia, termasuk pelbagai interbreedings dengan spesies yang diketahui dan spesies "hantu" mungkin.
Manusia, atau Homo sapiens, berasal dari pokok nenek moyang yang kompleks, termasuk spesies dari genera Ardipithecus, Australopithecus dan Paranthropus . (Program Asal Manusia Smithsonian) "Dengan setiap lapan model ini, kita menghitung lebih dari beberapa minggu perhitungan bagaimana mereka dapat mencapai komposisi genetik manusia yang sebenarnya, sekarang, " kata Bertranpetit. "Setiap kali kita melakukan simulasi, ia merupakan simulasi laluan evolusi manusia yang mungkin, dan kita telah menjalankan ribuan kali simulasi tersebut, dan algoritma pembelajaran mendalam dapat mengenali mana yang paling sesuai dengan model data."
Kesimpulan mesin? Spesies nenek moyang ada dalam keturunan kami yang belum dikenal pasti. "Setakat ini, satu-satunya model yang kami uji yang benar-benar disokong oleh data adalah orang yang mempunyai introgression populasi hantu ini, " kata Bertranpetit.
Kajian menarik dan orang lain seperti itu dapat membantu menggambarkan peta bagaimana manusia berhijrah dan berevolusi sekalipun yang tampaknya menjadi dunia purba yang semakin rumit di Eurasia dan Oceania.
"Ia pasti menarik dan konsisten dengan gambaran yang muncul dari filamen reticulated kompleks dalam evolusi manusia, " kata Iain Mathieson, ahli genetik penduduk University of Pennsylvania, melalui e-mel. "Saya tidak pasti masuk akal untuk bercakap mengenai 'peristiwa-peristiwa introgresion' ketika itu seolah-olah menjadi norma." Malah, kerana hanya lapan model yang diuji dan banyak yang lain mungkin, Mathieson menambah bahawa penemuan baru itu " tentunya satu senario yang munasabah, tetapi kenyataannya mungkin lebih kompleks lagi. "
Sebagai penemuan fosil baru dibuat di lapangan, model yang dikemaskini kini boleh diuji terhadap genom manusia yang menggunakan jenis program ini. Schraiber mengatakan kekuatan pembelajaran mendalam untuk mengkaji asal-usul manusia terletak tepat pada kemampuannya untuk menganalisis model kompleks.
"Jika anda mahu melakukan model yang sangat terperinci kerana anda ahli antropologi, dan anda ingin mengetahui sama ada introgression ini berlaku 80, 000 tahun yang lalu atau 40, 000 tahun dahulu, itulah kekuatan pendekatan pembelajaran yang mendalam seperti ini."
Kompleks seperti ini, interbreedings Eurasia kuno masih hanya satu bahagian cerita manusia kita. Bertranpetit percaya bahawa kemajuan masa depan dalam pembelajaran mendalam dapat membantu mengungkap bab-bab baru yang lain.
"Kaedah analisis jenis ini akan mempunyai semua jenis keputusan baru, " katanya. "Saya yakin bahawa orang yang bekerja di Afrika akan mendapati kumpulan yang sudah pupus yang belum dikenali. Tidak dinafikan, Afrika akan menunjukkan kepada kita perkara-perkara yang mengejutkan pada masa akan datang. "
