Что говорит динозавр, или как современные технологии помогают палеонтологам
Привет, Хабр! Это Даша Фролова из команды спецпроектов МТС Диджитал. Сегодня на повестке технологии и… паразауролофы! Этих динозавров легко узнать по гребню на голове, и вы наверняка видели их в «Парке Юрского периода». Да и в «Мире Юрского периода: Господство» они недавно тоже засветились.
Есть несколько гипотез, зачем древнему животному это «украшение». Общепринятая — оно играло роль резонатора, позволяя динозавру издавать низкочастотные звуки. В том же «Парке Юрского периода» паразауролофов озвучивали крокодилы и киты. Но как их «голос» звучал в реальности? Это решил выяснить палеонтолог Хунцзюнь Лин из Нью-Йоркского университета. Он создал цифровую модель головы древнего существа, а потом и «симулятор голоса» — физический прибор. Если у исследователя все получится, мы с вами сможем услышать динозавра. Проект еще не окончен, но промежуточными результатами Хунцзюнь Лин уже поделился. Об этом, а еще о том, как динозавров помогают изучать машинное обучение и искусственный интеллект, — дальше.
История открытия паразауролофов
Для начала представим себя Россом Геллером и слегка подушним. Паразауролофы — род птицетазовых динозавров. Жили они около 76–73 миллионов лет назад в позднем меловом периоде на территории современной Северной Америки. Впервые описал паразауролофов канадский палеонтолог Уильям Паркс в 1922 году.
Сегодня известно три вида из этого рода: Parasaurolophus walkeri, Parasaurolophus tubicen и Parasaurolophus cyrtocristatus. Хотя полный скелет все еще не нашли, ученые предполагают, что взрослые особи в среднем достигали 7 метров в длину и весили 3–4 тонны. Перемещаться эти травоядные динозавры могли на четырех и на двух лапах.
Первые останки, череп и частично сохранившийся скелет (естественно, в виде окаменелостей) были обнаружены в 1920 году на берегу реки Ред-Дир в провинции Альберта, Канада. Первый найденный образец, принадлежащий виду P. walkeri, стал типовым экземпляром.
В 1921 году в Нью-Мексико нашли другие фрагменты скелета паразауролофа, а позже, в 1960-х годах, в штате Юта обнаружили еще один череп. Все они отличались друг от друга, так что ученые выделили два новых вида — P. tubicen и P. cyrtocristatus.
Окей, что дальше?
На протяжении десятилетий ученые обсуждали, зачем динозаврам необычный полый гребень на черепе. Вот основные гипотезы (к счастью, с ксеноморфами тут ноль совпадений):
инструмент для коммуникации: вырост генерировал низкочастотные звуки, при помощи которых животные общались;
элемент терморегуляции;
защита головы и шеи от веток, хлещущих по динозавру во время бега между деревьями;
способ визуальной идентификации внутри стаи;
резервуар воздуха для подводного дыхания: динозавр-аквалангист — звучит круто, правда?
Общепринятой остается теория о резонаторной функции гребня. Впервые ее предложил шведский палеонтолог Карлом Виманом в 1931 году. Он заметил, что внутренняя структура органа паразауролофа напоминает акустический аппарат в шее лебедя.
Скелет паразауролофа. Фото: wikimedia.org, user Zissoudisctrucker
При чем тут вообще лебеди? Их длинная изогнутая шея служит своего рода резонаторной камерой, так что звуки, генерируемые в сиринксе (аналог голосовых связок у птиц), усиливаются.
У гребня паразауролофа полая структура с несколькими внутренними каналами. Трубки-каналы соединяются с носовыми проходами. По предположению ученых, эта система усиливала звуки голосовых связок (или их аналога) динозавра. В 1981 году ученый Дэвид Вайшампел уточнил, что спектр звуков, издаваемых паразауролофами, вероятно, находился в диапазоне от 55 до 720 герц.
Что там с моделированием
Давайте, наконец, к самому интересному. Хунцзюнь Лин заинтересовался динозаврами паразауролофами случайно. Впервые он услышал их в фильмах серии «Парк Юрского периода». Голоса животных в картине созданы путем наложения друг на друга звуков, издаваемых вполне себе современными животными — китами и крокодилами.
«Я с детства увлекался динозаврами, читал книги, смотрел фильмы и представлял, каково это — жить рядом с ними. В колледже я понял, что звуки из фильмов ничего общего с реальностью не имеют. Тогда я решил узнать, какими они были на самом деле», — поделился Лин.
Понятно, что из разрозненных фрагментов черепа просто так голову не восстановишь, не говоря уже про голосовые органы. Тут нужны современные технологии. Лин создал сначала математическую модель, а по ней разработал реальную систему, названную «Линофон». Она имитирует акустику настоящего гребня и состоит из двух труб, соединенных для воспроизведения вибраций голосовых связок.
Эксперименты показали, что гребень действительно усиливал звук, примерно как голосовые органы современных птиц. По мнению Лина, голос динозавров мог звучать как огромная труба или саксофон.
»Если мы создадим универсальную модель генерации звуковых органов животных, ее можно будет применять для изучения многих других древних существ», — отметил палеонтолог. Используя пропорции черепа и обонятельной полости, можно попытаться смоделировать звуки, издаваемые трицератопсами, зауроподами и другими видами древних животных.
Не только голос динозавра
Современные технологии, включая искусственный интеллект, помогают и другим палеонтологам. Например, команда ученых Брюссельского свободного университета (Vrije Universiteit Brussel) разработала метод идентификации динозавров по зубам. Ведь иногда палеонтологи находят только отдельные зубы. И даже если ты Шерлок в мире исследований динозавров, определить вид и род древнего существа по одному фрагменту будет непросто.
Чтобы решить эту задачу, исследователи объединили традиционные методы анализа с машинным обучением. Это сработало! Им удалось определить, что обладатели двух найденных в регионе Кем Кем (граница Марокко и Алжира) зубов относятся к семейству абелизаврид и группе ноазаврид, которые крайне редки для Марокко. Это дальние родственники тираннозавра рекса — ну как в посте без него, правда?
Ну, здравствуйте!
Но и это не все. Палеонтологи применяют рентгеновскую компьютерную томографию для изучения образцов окаменелых останков динозавров. Сканирование позволяет различать минерализованные кости и окружающую их породу. Плотность останков и вмещающих пород почти одинакова, что мешает проведению идентификации. Тогда исследователи используют сегментацию — трудоемкий процесс, при котором схожие участки изображения классифицируются вручную. И здесь приходит на помощь искусственный интеллект. Он способен выполнять сегментацию за считанные минуты, в то время как палеонтологу на это могут потребоваться дни или даже недели.
Ученые из Университета Джеймса Кука и Музея Квинсленда разработали метод на основе искусственного интеллекта для ускоренного анализа окаменелостей. Они вручную обработали около 2% из 2 000 изображений, использовав размеченные данные для обучения нейросети. Дальше поручили ей изучить остальные снимки. И все получилось — теперь ИИ не только анализирует изображения, но и создает детализированные 3D-модели древних окаменелостей всего за несколько дней.
По словам специалистов, эта разработка открывает новые горизонты для искусственного интеллекта в палеонтологии, позволяя выявлять новые виды на основе ограниченного количества ископаемых данных.
