Med datorn på jakt efter människans rötter

Med datorn på jakt efter

MÄNNISKAN - ROTTER

IBM/Thomas J. Watson Research Center Översättning & bearbetning: Ragnhild Artimo

En ny visuvaliseringsprocess som utvecklats av forskare vid IBM är det färskaste arbetsredskapet för antropologer i sökandet efter mänskligheten rötter. Den nya tekniken baserar s på avance rad datorgrafik och en ny visualiseringsteknik att elektroniskt rekonstruera mänskliga fossil på basen av ofullständiga fragment. Dessa rekonstruktioner kan ge mer information om människans ursprung än “manuella” rekonstruktioner.

et — datorstödda = fossilrekonstruktionspaketet har utvecklats av Alan Kalvin vid IBM:s forskningscenter Thomas J. Watson Research Center. Tekniken baserar sig på IBM Visvalization Data Explorer, et av ancerat mjukvaruredskap för analys och visualisering utvecklat vid IBM.

Hela fossil bristvar — Fossil från ryggradsdjur hittas sällan fullständiga och oskadade, konstaterar Kalvin. — De har vanligen skadats och krossats i mindre bitar under geologiska processer, klimatinverkan eller av rovdjur. För att kunna studera fossilen måste antropologerna först limma ihop bitarna så rätt som möjligt.

Denna uppgift är oerhört krävande — ungefär som att sätta ihop modellplan

Kraniet till vänster har rekonstruerats med IBM Visualization Data Explorer jenom att kalibrera och kombinera ragment av två 400 000 år gamla fossil som hittats i Rabat och Casablanca. Tekniken gör det gt att på asen av mycket ofullständiga fossilfynd göra rekonstruktioner med stor recision genom att fragment också rån olika stora ind der kan kombineras, något som i te går med tra tionell gispavgjutningsteknik. Kraniet till höger visar ett fynd från Zambia.

av söndriga bitar ur flera olika förpackningar. Med den nya visualiseringstekniken kan forskarna lösa denna typ av komplicerade tredimensionella pussel betydligt lättare än vad som hittills varit möjligt.

enom att arbeta med elektroniska fossilbitar kan forskarna göra rekonstruktioner som skulle vara svåra och i många fall omöjliga att göra då man arbetar med originalbitarna. Saknade delar kan exempelvis lätt och exakt skapas utgående från existerande data genom att utnyttja den bilaterala symmetrin i människokroppen — ett saknat vänsterkäkben kan datorskapas som spegelbild av ett befintligt högerkäkben. Med traditionell gipsteknik är sådan spegelbildsrekonstruktion svår och tidsödande.

Pussel med skallben

Ett exempel på hur den nya metoden kan tillämpas är en samling 400 000 år gamla fossila skallfragment från två olika individer som hittats i Marocko nära Rabat och Casablanca redan för flera år sedan. Men först den nya visualiseringstekniken har nyligen gjort det möjligt att kombinera dessa fragment och rekonstruera ett kranium som ger en uppfattning om hur de hominider sett ut som levde i norra Afrika under mitten av den pleistocena perioden. De fem fragmenten som användes vid rekonstruktionsprocessen härstammar från två individer vilkas lämningar man fann på olika utgrävningsplatser. Ett stycke av det vänstra övre käkbenet och två fragment av kraniet har tillhört den mindre individen, troligen en kvinnlig mycket liten hominid, medan ett stycke av vänstra pannbenet och näsbenet tillhört en större individ. Dessa fragmen digiterades, analyserades och sattes samman av forskare från fyra institutioner: David Dean från medicinska institutet för rekonstruktiv plastikkirurgi vid universitetet i New For Jean-Jacques Hublin vid Musée de I’Hommes antropologiska laboratorium i Paris, Marc Braun vid anatomiavdelningen vid universitetet i Nancy, och Kalvins team för datorassisterad kirurgi.

Hublin, som var med vid utgrävningarna i Marocko, gjorde upp ett utkast till den elektroniska rekonstruktionen som utfördes av Kalvin och Dean vid Watson-centret.

Först “krymptes” de två större benbitarna för att matcha dimensionerna hos bitarna från det mindre kraniet, varefter man konstruerade tre ytterligare fragment med spegelbildsteknik, och slutligen satte ihop de erhållna bitarna med submillimeterprecision.

Mer möjligheter oavsett storlek

De marockanska fossilfynden är typiska för antropologers arbetsproblematik: att rekonstruera en helhet utgående från spridda, ofullständiga fragment.

Då man finner fossil handlar det vanligen om några få bitar eller fragment från en enda individ, varvid man nöd as utnyttja bitar från andra fossilfynd ör att lyckas rekonstruera ett fullständigt exemplar. Traditionellt har dessa rekonstruktioner kunnat göras endast om alla bitarna som funnits tillgängliga härstammat från individer av ungefär samma storlek, eftersom det inte funnits någon fysikalisk metod att ändra på storleken hos bitarna.

Nu är detta inte längre något hinder, eftersom datorbaserad rekonstruktion gör det möjligt för antropologer at rympa eller förstora styckena genom att klicka med en mus. Dessutom kan fragment från olika individer kombineras utan att överlappande delar trimmas bort — elektroniska bitar kolliderar inte, utan glider bara in i varandra.

En viktig fördel är också at elektronisk fossilrekonstruktion medger flytt ning och omplacering av styckena med oerhörd precision, och möjlighet att snabbt modifiera existerande rekonstruktioner då nya fossilfragment hittas eller nya teorier läggs fram.

Dessutom genererar den nya tekniken mycket näpgranna mätdata som kan utnyttjas till att jämföra fossil med störr recision — och hjälper forskare att ramlägga och pröva hypoteser om likheter mellan utdöda arter och de som finns idag.

Utvecklandet av det datorbaserade antropologipaketet är en del av forskningen kring biomedicinsk visualisering som utförs av teamet Computer Assisted Surgery Group. Teamet specialiserar sig på forskning kring och utvecklande av datorbaserade kirurgiska metoder som ger ökad precision och mindre vävnadsskadande kirurgi. 15