Lapo dekodavimas: mokslininkai ieško šiuolaikinių ID, iškastinių lapų savybių

Lapo dekodavimas: mokslininkai ieško šiuolaikinių ID, iškastinių lapų savybių

UNIVERSITETO PARKAS, Pa. – Mašininio mokymosi programos, kurios gali klasifikuoti augalų gyvybės evoliuciją, tačiau tik tuo atveju, jei mokslininkai supranta, ką mato kompiuteriai. Penn State mokslininkų vadovaujama komanda kartu su nauju botanikos kalbos metodu atrado ir apibūdino naujas fosilijų identifikavimo savybes.

„Kompiuteris sako: „Pažiūrėk čia, bet taip kas nors gali išversti rezultatus į draugiškus žmonėms žodžius“, – sakė tyrimui vadovavęs neseniai Peno valstijos absolventas, geobiologijos bakalauro laipsnį įgijęs Edwardas Spagnuolo. „Taigi mes tikrai tai padarėme. Tai puikus pirmasis žingsnis derinant dirbtinį intelektą su botanika ir paleobotanika.

Komanda paėmė Nacionalinio parko ir Žemės ūkio, žuvininkystės ir Europos Sąjungos departamento parengtus karščio žemėlapius, apimančius visas žemėlapyje nurodytas sritis.

„Iš esmės nustatėme, kad kiekviena šeima turėjo unikalų funkcijų rinkinį, kurį pabrėžė šilumos žemėlapiai“, – sakė Spagnuolo. „Ir visos šios savybės suteikia naujų galimybių identifikuoti iškastinius lapus. Dar galite paimti šias fosilijas, bet tai pirmas žingsnis. Kai kurioms šeimoms tai yra vieninteliai mūsų galimi patarimai.

Lapai yra labiausiai paplitęs nemikroskopinis augalas, randamas šiandien ir iškastiniuose šaltiniuose, tačiau juos taip pat sunkiausia atpažinti. Pasak mokslininkų, lapų formos ir venų kitimas – lapo ašmenų gyslų raštas – yra per sudėtingas, kad būtų galima užfiksuoti botanikos terminus.

Tai ypač sudėtinga paleobotanikams, kurie dažnai gali atpažinti augalus. Dar labiau apsunkina iššūkį, daugelis atskirų fosilijų yra išnykę augalai.

„Evoliucijos istorija ir fosilijų įrašai yra labai prastai suprantami net kai kurioms iš svarbiausių ir įvairiausių šiandien gyvenančių augalų šeimų, ir tai yra šio tyrimo postūmis“, – sakė Spagnuolo. „Muziejų kolekcijose visame pasaulyje saugomi milijonai iškastinių lapų, kurių negalima identifikuoti, nes jie nėra tinkamai apibrėžti.

Vieno lapo aprašymas apmokytam tyrėjui gali užtrukti valandas, tačiau mokslininkai teigė.

Peteris Wilfas, Penn State geomokslų profesorius ir Spagnuolo patarėjas, ir Thomas Serre’as, Browno kompiuterių mokslų profesorius, a priori atliko mašininio mokymosi tyrimą, kuriame yra daugiau nei 7500 nuvalytų lapų vaizdų, kurių pavyzdžiai buvo chemiškai išbalinti, nudažyti ir pritvirtinti. skaidres, kad atskleistų ventiliacijos modelius. Programa suskirstė lapus į šeimas 72% tikslumu ir sukūrė šilumos žemėlapius, kuriuos mokslininkai gali naudoti tai, ką kompiuteris laiko svarbiu identifikavimui.

„Šis metodas skiriasi nuo daugumos botaninių ir paleobotaninių lapų tyrimų, kuriuose bus nagrinėjamos didelio masto lapų savybės – gyslų skaičius, lapo forma“, – sakė Spagnuolo. „Tai tikrai maži vaizdų iškarpymai. Ir judant į priekį turime sujungti didesnio masto botaninius bruožus, kurie buvo naudojami šimtmečius, kurie taip pat buvo prarasti, nes juos taip sunku pamatyti be šio dirbtinio intelekto algoritmo.

Spagnuolo išanalizavo daugiau nei 3000 karščio žemėlapių, kuriuose pavaizduoti 930 genčių lapai iš 14 gaubtasėklių arba žydinčių augalų šeimų. Jis įvertino penkis ir vieną populiariausių vietų regionus ir tradicine botanine kalba apibūdino jų vietas ant lapų.

„Mes bandėme iššifruoti mašininio mokymosi algoritmo šeimos lygio nuvalytų lapų identifikavimą, nustatydami karščiausių vietų žemėlapius“, – sakė Spagnuolo. „Mūsų žiniomis, tai pirmasis bandymas išversti ir interpretuoti kompiuterinės regos karščio žemėlapius į botaninę kalbą.

Jie neseniai paskelbė savo išvadas Amerikos botanikos žurnale.

Kai kurios šeimos, pvz., Rosaceae, įskaitant augalus, auginančius obuolius, braškes, slyvas, vyšnias, persikus ir migdolus, turi išskirtinių bruožų, kuriuos botanikai ir paleobotanikai gali lengvai atpažinti, pavyzdžiui, siaurus dantis. Pasak mokslininkų, karštosios šių šeimų vietos, atrodo, atkartoja tradicinius stebėjimus.

Kitoms šeimoms, tokioms kaip Rubiaceae ar kavos šeima, trūksta išskirtinių bruožų ir jos daugiausia nenustatytos iškastiniuose šaltiniuose. Ant šių nedantytų lapų kompiuteris parodė mažai ištirtų lapų kraštų mikrokreivumą.

„Tai yra naujos funkcijos, kurios, tikėkimės, apibūdins naujus fosilijas identifikuojančius veikėjus“, – sakė Spagnuolo. „Tai kada nors galėtų padėti atrakinti didžiulį evoliucinių tamsių duomenų kiekį, kurio mes dar nepasinaudojome.

Wilfas ir Serre prisidėjo prie šio darbo.

Finansavimą skyrė Nacionalinis mokslo fondas ir Penn State Erickson Discovery Grant.

Parašykite komentarą

El. pašto adresas nebus skelbiamas.