Dzisiaj twój pies używa swojego ogona do machania, wskazywania i gonienia w kółko. Ale ogony robią znacznie więcej: 360 milionów lat temu pomogli pierwszym wędrowcom w dokonaniu fatalnego ewolucyjnego przejścia z wody na ląd. W nowym badaniu naukowcy wykorzystali roboty o krótkich ogonach, zaprojektowane do poruszania się jak amfibia „błotniak”, aby wykazać, że pierwsi wędrowcy lądowi mogli użyć ogonów do poruszania się w zdradliwych warunkach brzegowych.
powiązana zawartość
- Samosmarujące mieczniki wydzielają olej, aby pływać szybciej
Odkrycia, szczegółowo opisane w tym tygodniu w czasopiśmie Science, mogą pomóc w projektowaniu robotów desantowych, które mogą skutecznie przesuwać się po trudnych powierzchniach, takich jak piasek, który może przepływać wokół kończyn i utrudniać ruch. (Nie wiadomo, do czego mogą posłużyć te zwinne roboty, ale warto zauważyć, że badanie zostało częściowo sfinansowane przez Biuro Badań Armii USA i Laboratorium Badań Armii).
„Ziemia to nie tylko twardy beton lub skały. Może składać się z piaszczystego i błotnistego, luźnego terenu, który płynie w kontakcie, a poruszanie się po tego rodzaju materiałach wcale nie jest trywialne ”- mówi kierownik badania Daniel Goldman, biofizyk z Georgia Tech, specjalizujący się w poruszaniu zwierząt.
Aby uzyskać więcej informacji na temat poruszania się wczesnych kręgowców lądowych lub czworonogów, Goldman i jego koledzy badali ruch afrykańskiego błota błotnego, małej, ziemnowodnej ryby, która żyje w obszarach pływowych w pobliżu brzegu i spędza czas zarówno w wodzie, jak i na piaszczystych i błotniste powierzchnie. Błotniaki używają swoich grubych płetw, aby przechodzić przez ląd i są znane z tego, że czasami skaczą, waląc ogonem.
Obserwacje zespołu wykazały, że ogon błotniaka jest tylko nieznacznie przydatny do poruszania się po płaskich powierzchniach - ale staje się znacznie ważniejszy, gdy stworzenie musi się poruszać po śliskich pochyłościach.
Aby lepiej zrozumieć, w jaki sposób błotniak używał swoich płetw i ogona w porozumieniu, naukowcy wykorzystali drukarkę 3D do stworzenia robota, który naśladuje niektóre kluczowe ruchy stworzenia. Co najważniejsze, „MuddyBot” może wykonać push-up i pchnąć przednie kończyny do tyłu - ruch nazywany „kulą” - i może ustawić swój potężny ogon pod różnymi kątami na ziemi względem swoich kończyn.
„To nie jest najbardziej efektowne urządzenie” - mówi Goldman - „ale jest dobrze kontrolowane. Używamy robota do nauki, aw tym przypadku do rozmowy o rzeczach, które wydarzyły się 360 milionów lat temu. ”
Robot ma dwie kończyny i potężny ogon, którego ruch zapewniają silniki elektryczne. (Rob Felt, Georgia Tech) Podobnie jak błotniak, MuddyBot potrzebował kopnięcia z ogona, aby wspiąć się na nachylenie piaszczyste o 20 stopni. Ogon był również przydatny do zakotwiczenia, więc robot nie ześliznął się w dół zbocza.
„Patrząc na roboty, byliśmy w stanie wyróżnić niektóre korzyści płynące z używania ogonów w połączeniu z kończynami”, mówi Goldman. „Szczególnie w przypadku materiałów o dużym nachyleniu, jeśli nie używasz ogona, zostajesz osierocony dość szybko.”
Odkrycia są ważnym krokiem - bez zamierzonej gry słów - w kierunku zrozumienia zasad mechaniki wczesnego poruszania się czworonogów, aw szczególności znaczenia ogonów, mówi John Nyakatura, biolog ewolucyjny na Uniwersytecie Humboldta w Berlinie, który nie był zaangażowany w badania.
„Przez długi czas lokomocja salamandra była uważana za najbardziej odpowiedni model [dla wczesnego ruchu czworonogów]”, mówi Nyakatura, która napisała powiązany artykuł informacyjny o odkryciach dla nauki . „Ponieważ salamandry nie używają ogona w ten sposób na trudnych podporach, takich jak strome, piaszczyste pochyłości, nikt nie pomyślał o ogonie”.
Nyakatura chwaliła także innowacyjne metody zespołu. „W tym artykule podoba mi się to, że czerpie z różnych podejść badawczych: robotyki, symulacji, biomechaniki żywych ryb” - mówi. „Zastosowanie symulacji, aw szczególności robotów, oferuje ogromne możliwości wnioskowania funkcjonalnego w paleontologii. Podejścia te pozwalają (ty) systematycznie zmieniać poszczególne parametry. Można zbadać całą „przestrzeń parametrów”, w tym kombinacje parametrów, których nie można zaobserwować u żywych zwierząt. ”
John Hutchinson, profesor biomechaniki ewolucyjnej na University of London, zgodził się z tym. Przenoszenie się z wody na ląd „było poważnym przejściem w ewolucji kręgowców i od tego czasu przygotowało grunt pod wszystko, co wydarzyło się na lądzie w grupie kręgowców”, mówi Hutchinson, który nie był zaangażowany w badania. „Nikt nigdy nie używał robotów do rzucania światła na ten obszar, więc ciekawie będzie zobaczyć, dokąd zmierza”.
