Bisakah pikiran mesin mengajarkan kita sesuatu yang baru tentang apa artinya menjadi manusia? Ketika sampai pada kisah rumit tentang asal usul dan evolusi spesies kita yang kompleks, tampaknya mereka dapat melakukannya.
Sebuah studi baru-baru ini menggunakan teknologi pembelajaran mesin untuk menganalisis delapan model utama asal-usul manusia dan evolusi, dan program mengidentifikasi bukti dalam genom manusia dari "populasi hantu" leluhur manusia. Analisis menunjukkan bahwa kelompok hominin yang sebelumnya tidak diketahui dan telah punah lama kawin dengan Homo sapiens di Asia dan Oseania di suatu tempat di sepanjang jalan panjang yang berliku dari sejarah evolusi manusia, hanya menyisakan jejak terfragmentasi dalam DNA manusia modern.
Studi yang dipublikasikan di Nature Communications, adalah salah satu contoh pertama tentang bagaimana pembelajaran mesin dapat membantu mengungkapkan petunjuk tentang asal usul kita sendiri. Dengan meneliti melalui sejumlah besar data genomik yang tertinggal dalam tulang fosil dan membandingkannya dengan DNA pada manusia modern, para ilmuwan dapat mulai mengisi beberapa celah dalam sejarah evolusi spesies kita.
Dalam hal ini, hasilnya tampaknya cocok dengan teori paleoantropologi yang dikembangkan dari mempelajari fosil leluhur manusia yang ditemukan di tanah. Data baru menunjukkan bahwa hominin misterius kemungkinan diturunkan dari campuran Neanderthal dan Denisovans (yang hanya diidentifikasi sebagai spesies unik pada pohon keluarga manusia pada tahun 2010). Spesies seperti itu di masa lalu evolusi kita akan sangat mirip dengan fosil gadis remaja berusia 90.000 tahun dari gua Denisova di Siberia. Jenazahnya digambarkan musim panas lalu sebagai satu-satunya contoh hibrida generasi pertama antara kedua spesies yang diketahui, dengan ibu Neanderthal dan ayah Denisovan.
“Ini adalah jenis individu yang kita harapkan untuk menemukan asal usul populasi ini, namun ini tidak boleh hanya satu individu tetapi keseluruhan populasi, ” kata rekan penulis studi Jaume Bertranpetit, seorang ahli biologi evolusi di Universitas Pompeu Fabra Barcelona.
Kemampuan manusia purba untuk menyesuaikan diri dengan kondisi yang berubah pada akhirnya memungkinkan spesies Homo yang paling awal berubah-ubah, bertahan hidup, dan mulai menyebar dari Afrika ke Eurasia 1, 85 juta tahun yang lalu. (Gambar milik Antón, Potts and Aiello (2014), Science 345 (6192)) Studi genom manusia sebelumnya telah mengungkapkan bahwa setelah manusia modern meninggalkan Afrika, mungkin 180.000 tahun yang lalu, mereka kemudian kawin dengan spesies seperti Neanderthal dan Denisova, yang hidup berdampingan dengan manusia modern awal sebelum punah. Tetapi menggambar kembali pohon keluarga kami untuk memasukkan cabang-cabang yang berbeda ini sulit. Bukti untuk spesies "hantu" bisa jarang, dan banyak teori yang bersaing ada untuk menjelaskan kapan, di mana, dan seberapa sering Homo sapiens mungkin kawin silang dengan spesies lain.
Jejak penghubung antarspesies kuno ini, yang disebut introgressions, dapat diidentifikasi sebagai tempat divergensi dalam genom manusia. Para ilmuwan mengamati lebih banyak pemisahan antara dua kromosom daripada yang Anda harapkan jika kedua kromosom itu berasal dari spesies manusia yang sama. Ketika para ilmuwan merangkai genom Neanderthal pada 2010, mereka menyadari bahwa beberapa divergensi ini mewakili sebagian kecil dari genom kita yang berasal dari Neanderthal. Penelitian juga mengungkapkan bahwa beberapa manusia yang hidup dapat melacak sebanyak 5 persen dari leluhur mereka hingga Denisovans.
"Jadi, kami pikir kami akan mencoba menemukan tempat-tempat divergensi tinggi dalam genom ini, lihat mana yang Neanderthal dan mana yang Denisovan, dan kemudian lihat apakah ini menjelaskan keseluruhan gambar, " kata Bertranpetit. "Seperti yang terjadi, jika kamu mengurangi bagian Neanderthal dan Denisovan, masih ada sesuatu dalam genom yang sangat berbeda."
Mengidentifikasi dan menganalisis banyak tempat berbeda di seluruh genom, dan menghitung kombinasi genetik yang tak terhitung jumlahnya yang bisa menghasilkannya, adalah pekerjaan yang terlalu besar bagi manusia untuk ditangani sendiri — tetapi itu adalah tugas yang mungkin dibuat khusus untuk algoritma pembelajaran yang mendalam.
Pembelajaran mendalam adalah jenis kecerdasan buatan di mana algoritma dirancang untuk bekerja sebagai jaringan saraf tiruan, atau program yang dapat memproses informasi dengan cara yang sama seperti yang dilakukan otak mamalia. Sistem pembelajaran mesin ini dapat mendeteksi pola dan memperhitungkan informasi sebelumnya untuk “dipelajari, ” memungkinkan mereka untuk melakukan tugas-tugas baru atau mencari informasi baru setelah menganalisis data dalam jumlah besar. (Contoh umum adalah AlphaZero dari Google DeepMind, yang dapat mengajar dirinya sendiri untuk menguasai permainan papan.)
“Pembelajaran mendalam adalah menyesuaikan benda berbentuk lebih rumit dengan sekumpulan titik di ruang yang lebih besar, ” kata Joshua Schraiber, seorang pakar genom evolusi di Universitas Temple. "Alih-alih memasang garis antara Y dan X, Anda mencocokkan beberapa hal berlekuk ke satu set poin di ruang, dimensi ribuan jauh lebih besar. Pembelajaran yang mendalam mengatakan, 'Saya tidak tahu bentuk apa yang pas untuk poin-poin ini, tetapi mari kita lihat apa yang terjadi.' ”
Dalam hal ini, mesin ditetapkan untuk bekerja menganalisis genom manusia dan memprediksi demografi manusia dengan mensimulasikan bagaimana DNA kita mungkin telah berevolusi selama ribuan kemungkinan skenario evolusi kuno. Program ini menjelaskan struktur dan evolusi DNA serta model migrasi manusia dan kawin silang untuk mencoba menyatukan beberapa bagian dalam teka-teki yang sangat kompleks.
Para peneliti melatih komputer untuk menganalisis delapan model teori evolusi manusia purba yang paling masuk akal di seluruh Eurasia. Model-model tersebut berasal dari studi sebelumnya yang mencoba menghasilkan skenario yang akan menghasilkan gambar genom manusia saat ini, termasuk komponen Neanderthal dan Denisovan yang diketahui.
“Mungkin ada model lain, tentu saja, tetapi model ini adalah model yang diusulkan orang lain dalam literatur ilmiah, ” kata Bertranpetit. Setiap model dimulai dengan acara yang diterima di luar Afrika, kemudian menampilkan serangkaian pemisahan yang paling mungkin antara garis keturunan manusia, termasuk berbagai perkawinan campuran dengan spesies yang diketahui dan spesies "hantu" yang mungkin.
Manusia, atau Homo sapiens, diturunkan dari pohon kompleks leluhur yang berjalan tegak, termasuk spesies dari genus Ardipithecus, Australopithecus dan Paranthropus . (Program Origins Manusia Smithsonian) “Dengan masing-masing dari delapan model ini, kami menghitung selama berminggu-minggu perhitungan seberapa baik mereka mampu mencapai komposisi genetik manusia saat ini, ” kata Bertranpetit. "Setiap kali kita melakukan simulasi, itu adalah simulasi dari jalur evolusi manusia yang mungkin, dan kita telah menjalankan simulasi itu ribuan kali, dan algoritma pembelajaran yang mendalam mampu mengenali model mana yang paling sesuai dengan data."
Kesimpulan mesin? Spesies leluhur hadir dalam garis keturunan kami yang belum kami identifikasi. "Sejauh ini, satu-satunya model yang kami uji yang benar-benar didukung oleh data adalah yang memiliki introgress populasi hantu ini, " kata Bertranpetit.
Penelitian yang menarik dan lainnya seperti itu dapat membantu menggambar kembali peta tentang bagaimana manusia bermigrasi dan berevolusi meskipun apa yang tampaknya menjadi dunia kuno yang semakin rumit di Eurasia dan Oseania.
"Ini tentu menarik dan konsisten dengan gambaran yang muncul tentang filogeni reticulated rumit dalam evolusi manusia, " kata Iain Mathieson, ahli genetika populasi Universitas Pennsylvania, melalui email. "Saya bahkan tidak yakin masuk akal untuk berbicara tentang 'peristiwa introgressi' ketika itu tampaknya menjadi norma." Faktanya, karena hanya delapan model yang diuji dan banyak lainnya yang mungkin, Mathieson menambahkan bahwa temuan baru tersebut adalah " tentu skenario yang masuk akal, tetapi kenyataannya kemungkinan bahkan lebih kompleks. "
Ketika penemuan fosil baru dibuat di lapangan, model yang diperbarui sekarang dapat diuji terhadap genom manusia menggunakan jenis program ini. Schraiber mengatakan kekuatan pembelajaran mendalam untuk mempelajari asal-usul manusia terletak pada kemampuannya untuk menganalisis model yang kompleks.
"Jika Anda ingin melakukan model yang sangat rinci karena Anda seorang antropolog, dan Anda ingin tahu apakah introgressi ini terjadi 80.000 tahun yang lalu atau 40.000 tahun yang lalu, itulah kekuatan dari pendekatan pembelajaran yang mendalam seperti ini."
Kompleks seperti mereka, persilangan Eurasia kuno masih hanya satu bagian dari kisah manusia kita. Bertranpetit percaya bahwa kemajuan masa depan dalam pembelajaran mendalam dapat membantu mengungkap bab baru lainnya.
"Metode analisis semacam ini akan memiliki semua jenis hasil baru, " katanya. “Saya yakin orang yang bekerja di Afrika akan menemukan kelompok yang sudah punah yang belum dikenal. Tidak diragukan lagi Afrika akan menunjukkan kepada kita hal-hal mengejutkan di masa depan. "
