解读恐龙足迹“无字天书”
发布时间: 2026-07-24 16:50:21
跨越亿年的恐龙足迹常被喻为“无字天书”，蕴含着史前生物的行为密码。如何准确解读这些遗迹化石，一直是困扰古生物学家的一个难题。近期，德国赫尔姆霍茨研究中心与英国爱丁堡大学的研究团队研发出一款名为“DinoTracker”（恐龙追踪器）的人工智能识别系统。该系统为恐龙足迹形态的量化分析和对比研究提供了一种新方法，意味着该领域研究正从主观经验判断迈向客观数据支撑的新阶段。
“这款由人工智能驱动的系统，使我们不再单纯依赖人类的主观判断。”德国赫尔姆霍茨研究中心研究员格雷戈尔·哈特曼博士在接受本报记者采访时表示。
恐龙足迹作为化石遗迹的重要组成部分，是极为珍贵的行为记录。与骨骼化石不同，清晰的足迹能精准揭示恐龙的移动方式、奔跑速度、身体重心分布，甚至能判断其是独自行走还是群体迁徙，以及当时的环境特征。然而，一枚足迹的最终形态受足部结构、行为状态、地层质地及后期埋藏侵蚀等多种因素影响。过去，古生物学家主要依靠人工标注和经验判断进行分类，这种方式容易产生偏差，成为研究瓶颈。
为突破这一瓶颈，研究团队收集了约2000张涵盖兽脚类、鸟脚类、四足行走类恐龙及鸟类等主要类群的足迹轮廓图像，输入无监督机器学习模型进行训练。系统最终自主识别并分类出脚趾展开程度、脚跟受力位置、足迹左右不对称性等8个独立的形态特征。
哈特曼介绍，这种无监督学习模式的独特之处在于，模型未接受任何人类经验的预先灌输，能够不带偏见地“独立思考”，以量化方式判断足迹间的异同，甚至能发现人眼难以察觉的细微规律。研究显示，该系统能稳定提取足迹形态特征，其分析结果与古生物学专家的分类结果高度吻合，匹配度高达90%。此外，系统还能生成可视化图像，直观呈现形态特征对足迹的影响，为科学家在考古学和古生物学领域解开更多谜团提供帮助。
通过这一模型，研究团队发现部分形成于2亿多年前的恐龙足迹，与现代及已灭绝鸟类的脚印具有惊人的相似性。基于这一发现可推出两种可能性：一是鸟类的起源可能比此前认知早数千万年；二是某些早期恐龙虽未与鸟类产生直接演化关联，但其足部结构因趋同进化而与鸟类高度相似。此外，该模型还发现，苏格兰斯凯岛一处形成于约1.7亿年前的潟湖岸边神秘足迹，很可能属于全球已知最古老的鸭嘴龙类近亲。这项研究为理解史前生物如何生活和迁徙提供了新思路。
不过，目前该系统也面临着数据量偏小的挑战。“对于深度学习而言，2000张图像的数据量有限，可能导致模型‘死记硬背’，难以提炼出具有泛化性的规律。”哈特曼表示，为解决这一难题，团队设置了约1000种不同的网络配置进行训练，构建出能捕捉足迹核心结构特征的模型架构，并采用高还原度的数据增强技术，确保数据的真实性和多样性。
目前，恐龙追踪器系统已免费开放。哈特曼希望借此收集全球用户的反馈，积累更大规模、更多样化的数据，让系统“越用越聪明”。“该人工智能系统让足迹分析变得更系统、更可复现，也大大降低了参与门槛，让更多人有机会加入这项研究。”哈特曼说。
中国地质大学（北京）副教授邢立达认为，这项研究的最大创新在于将机器学习手段引入传统的无监督恐龙足迹形态解析，实现了从依赖人工整合的“经验识别”到由程序自动提取多批次信息的“数据驱动”工作模式的转变。通过开放平台设计，该应用把前沿算法嵌入公众可参与的科研基础设施。但目前训练样本规模、足迹质量有限，沉积信息尚未系统纳入模型，这些仍制约结果的泛化能力和古生态解释的深度。下一步，若能在严格地质约束下得到更大规模的标注数据支撑，将更有助于把这一技术真正转化为标准化工具。
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