Comment les archéologues peuvent utiliser l’IA pour dater nos ancêtres

Des algorithmes d’IA peuvent être utilisés pour dater d’anciens restes humains en analysant leur ADN, selon une recherche qui vient d’être publiée.

Une équipe dirigée par l’Université de Lund en Suède a développé une méthode qui utilise l’apprentissage automatique pour identifier les génomes dans les organismes morts afin de déterminer à quelle distance ils remontent.

“Il n’y a pas eu de développement majeur dans les vestiges anciens depuis le développement de la datation au radiocarbone il y a 80 ans”, a déclaré Eran Elhaik, auteur principal de l’étude, publiée dans Cell Reports Methods, et professeur agrégé au département de biologie de l’Université de Lund. Raconté Le registre.

“La seule alternative est la datation archéologique, qui est beaucoup plus subjective, mais qui a été la première méthode à utiliser.

C’est la première méthode qui propose une approche radicalement différente depuis 80 ans

“C’est la première méthode qui offre une approche radicalement différente depuis 80 ans. Elle est basée sur la séquence d’ADN, qui peut maintenant être séquencée plus facilement et plus précisément qu’auparavant en utilisant très peu de matière organique. Parce que les datations au radiocarbone sont soumises à de nombreuses biais, les archéologues peuvent utiliser nos méthodes librement et rapidement pour obtenir une autre estimation.”

La datation au radiocarbone est une méthode largement utilisée pour estimer l’âge des matériaux à base de carbone qui ont jusqu’à 50 000 ans. Les organismes vivants sont constitués de différentes formes de carbone qui se reconstituent en permanence, et lorsque ces créatures meurent, un isotope radioactif connu sous le nom de carbone 14 en leur sein commence à se désintégrer.

Les archéologues utilisent la demi-vie du carbone 14 comme étalon. Tous les 5 730 ans, la quantité de carbone 14 dans un échantillon diminue de moitié. En mesurant le niveau de carbone 14 présent dans un matériau et en le comparant à d’autres isotopes stables du carbone, ils peuvent estimer son âge.

Mais la datation au radiocarbone n’est pas toujours précise et les résultats dépendent de la qualité et de la quantité du matériel disponible à ce jour. Des échantillons vierges, tels que les os d’une momie conservés pendant des milliers d’années dans une tombe, s’en sortent mieux que de minuscules morceaux de restes qui ont été contaminés par l’environnement.

La technique de Lund AI, connue sous le nom de structure temporelle de la population (TPS), recherche des marqueurs génétiques qui ont muté au fil du temps pour estimer l’âge. Un petit changement dans l’ADN du gène LCT, par exemple, signifiait que les humains pouvaient produire l’enzyme pour digérer le lactose. La mutation n’a commencé à se propager qu’après la période néolithique, a expliqué Elhaik. La détection de cette mutation dans un échantillon signifie que l’organisme ne peut pas avoir plus de 12 000 ans environ.

TPS recherche des dizaines de milliers de ces types de marqueurs pour affiner l’âge des restes d’une personne. Le logiciel basé sur l’apprentissage automatique a été formé sur ces modèles mutationnels à partir de vestiges déjà datés. Étant donné un nouvel échantillon d’ADN, il peut prédire quel âge il doit avoir. Plus précisément, l’équipe a formé son modèle sur un ensemble de données publiques de génomes humains qui ont été pour la plupart datés à l’aide de méthodes au radiocarbone et archéologiques.

Lorsque le TPS a été testé, 75 % des échantillons qu’il a datés se trouvaient à moins de 445 ans de la date moyenne au radiocarbone ; 16 % des échantillons dataient de plus de 1 000 ans à partir de la datation moyenne au radiocarbone. En bref, les résultats peuvent être incertains et la méthode fonctionne moins bien pour les échantillons particulièrement anciens et pour lesquels il n’y a pas autant de données d’apprentissage. L’équipe a également testé le modèle en remontant à ce jour les restes de personnes d’une même famille.

“La preuve la plus importante de l’exactitude était l’application du TPS aux membres de la famille”, a expliqué Elhaik. “Les membres de la famille doivent être datés de la même époque. Le père et le fils ne peuvent pas être à 1 000 ans l’un de l’autre. TPS a pu sortir les membres de la famille dans le même fuseau horaire sans formation explicite.”

Les marqueurs génétiques varient selon les différentes zones géographiques. Le modèle actuel a été formé sur des milliers de génomes collectés en Europe, en Asie occidentale et en Asie centrale et orientale, et il ne sera pas très précis pour dater les spécimens trouvés en dehors de ces régions. Les chercheurs veulent améliorer leur modèle en l’entraînant avec des ensembles de données plus diversifiés.

Lorsque les archéologues trouvent des restes humains, il peut y avoir une quantité limitée de matière organique, ce qui peut ne pas être suffisant pour la datation au radiocarbone et le séquençage de l’ADN.

“Nous aimerions l’étendre pour qu’il soit applicable aux Africains et aux Américains, ce qui est plus difficile pour le petit nombre d’échantillons disponibles”, a déclaré Elhaik. “Nous aimerions également améliorer les prédictions pour les échantillons très anciens. Le modèle ne se débat qu’avec les échantillons très anciens – 8 000 à 10 000 ans avant le présent – en raison de la rareté des données, encore une fois, un problème qui se résoudrait avec le temps. .”

TPS donne aux archéologues une autre méthode pour dater les spécimens, et cela pourrait aider dans les cas où il n’y a pas assez d’échantillon pour effectuer une datation au carbone radioactif et pourrait aider à vérifier les estimations d’âge.

“Lorsque les archéologues trouvent des restes humains, il peut y avoir une quantité limitée de matière organique, ce qui peut ne pas être suffisant pour la datation au radiocarbone et le séquençage de l’ADN”, a déclaré Elhaik. “Le séquençage de l’ADN peut nous en dire beaucoup plus, mais sans la date, cette information est inutile, c’est le cas de la moitié des squelettes qui ne sont pas datés au radiocarbone.”

“S’ils décident d’approcher un ancien laboratoire d’ADN, comme celui du GeoGenetic Center de l’Université de Copenhague, ils peuvent utiliser TPS pour dater ces restes. De même, ils peuvent utiliser TPS pour tester et valider des échantillons existants”, a-t-il conclu. ®