Paleontolodzy stoją przed stałym dylematem. Organizmy, które inspirują ich uwagę naukową, są od dawna martwe, niemożliwe do zaobserwowania w życiu. Rozwiązania science fiction, takie jak przywracanie gatunków z wyginięcia lub podróże w czasie, nie są dostępne do pomocy. Ale łącząc wyjątkowe skamieliny z robotyką, zespół naukowców zrekonstruował sposób, w jaki jeden z naszych dalekich krewnych podobnych do jaszczurek chodził wysoko.
Przypadkowe połączenie skamielin było początkiem. Na pierwszy rzut oka 300-letni Orobates pabsti może wyglądać jak gruba jaszczurka. W rzeczywistości to zwierzę z okresu permu jest tym, co eksperci znają jako amniotkę łodygową - kręgowiec, który jest częścią ewolucyjnej linii między płazami rozmnażającymi się w wodzie, a ostatnim wspólnym przodkiem ssaków i gadów składających jaja na lądzie . Tym, co wyróżnia Orobatesa, jest to, że znaleziono kopalne szkielety tego zwierzęcia ze śladami stworzonych przez niego stworzeń.
Połączenie szkieletów i śladów wykonanych przez Orobatesa jest wyjątkowo rzadkie w zapisie kopalnym. Większość śladów znajduje się bez kości z nimi związanych, co utrudnia dokładne określenie, jakie gatunki stworzyły odciski stóp. Orobates to wyjątek, który pozwala na szczegółowe powiązanie zwierzęcia z anatomią szkieletu.
OroBOT idzie w kierunku kamery. (Tomislav Horvat / Kamilo Melo / EPFL Lausanne) „Stanowi to bardzo rzadkie stowarzyszenie trackmakerów, szczególnie biorąc pod uwagę wiek skamielin”, mówi John Nyakatura, ekspert biomechaniki z Uniwersytetu Humboldta w Berlinie. Odnalezienie szkieletu i śladów stanowi ekscytującą okazję dla paleontologów, ponieważ Orobates znajduje się w ważnym punkcie ewolucyjnej historii życia. „ Orobates można uznać za kluczową skamielinę dla zrozumienia ewolucji kręgowców, ponieważ jest bardzo bliskim kuzynem ostatnich wspólnych przodków ssaków, gadów i ptaków”, mówi Nyakatura. Dlatego Orobates reprezentuje stworzenia między pierwszymi kręgowcami, które ciągną się na ląd, i zwierzęta przypominające jaszczurki, które prowadziły ziemskie życie w pełnym wymiarze godzin.
W nowym badaniu przyrody Nyakatura i jego koledzy połączyli skamieliny, badania żywych zwierząt i sprzętu, aby zbudować robotyczną replikę Orobates, zwaną OroBOT. Za pomocą chodzącego robota, który pokonał to dawno wymarłe zwierzę, badacze byli w stanie „otworzyć czarną skrzynkę wnioskowania”, mówi Nyakatura, i określić najbardziej prawdopodobny sposób poruszania się Orobatesa .
Eksperci z biomechaniki stosowali to podejście wcześniej. Pleurobot, zaprojektowany do badania ruchu salamandrów, pokazał, że robotyka może zapewnić wgląd w anatomię żywych stworzeń. OroBOT bierze tę samą logikę z powrotem do Deep Time, czerpiąc z badań, w jaki sposób salamandry, skórki, legwany i kajmany się poruszają. Nyakatura i jego zespół nadali swoim robotom Orobates różne postawy i chody, aby zmierzyć uzyskane wzorce śladów, a następnie porównali wyniki z skamieniałymi śladami pozostawionymi przez żywe zwierzę setki milionów lat temu.
„Najpierw szczegółowo zbadaliśmy ruch poruszających się gatunków, aby lepiej zrozumieć właściwości mechaniczne rozległej ruchliwości czworonogów”, mówi Nyakatura. Badania te pozwoliły naukowcom zidentyfikować wzorce biomechaniczne, które zastosowano w ich modelach ruchu czworonogów. Skamieniałe ślady działały jako sprawdzenie symulacji komputerowych, a ruch OroBOT wykorzystał symulacje do dopasowania wzoru śladów.
„To podejście jest kompleksowe, przejrzyste i wyraźnie oparte na dowodach” - mówi paleontolog z NYIT, Julia Molnar. „Myślę, że wielu innych badaczy w tej dziedzinie przyjmie aspekty swojej metodologii.”
Jak się okazuje, sposób, w jaki poruszają się nowoczesne kajmany, jest dobrym analogiem dla Orobates . Prehistoryczny przodek jaszczurek trzymał ciało nad ziemią na zgiętych kończynach, poruszając się nieznacznie bokiem do boku. Ten rodzaj ruchu różni się od oczekiwań paleontologów. Molnar mówi, że poprzednicy Orobates „zwykle charakteryzują się ruchami podobnymi do salamandry, w pełni rozkładając się i być może ciągnąc brzuchami po ziemi”.
Widok z góry holotypowego okazu Orobates pabsti . (Thomas Martens / Museum der Natur Gotha) Choć może się to wydawać niewielką zmianą w zachowaniu, podnoszenie brzucha z ziemi podczas chodzenia stanowi zasadniczą zmianę w stosunku do zwierząt częściowo wodnych, które ciągną swoje ciała prawie tak, jak pływają na lądzie, oraz zwierząt, które ewoluowały, aby chodzić przede wszystkim po twardym podłożu . „Inni badacze wcześniej zakładali, że zaawansowana lokomocja, którą wywnioskowaliśmy dla Orobates, powstała dopiero po powstaniu amniotów”, mówi Nyakatura, ale nowe wyniki wskazują, że te bardziej wyspecjalizowane sposoby poruszania się po lądzie ewoluowały znacznie wcześniej.
Mechanika OroBOT jest szczególnie kluczowa dla Orobates, ale badania pokazują, w jaki sposób robotyka może pomóc w odkrywaniu tajemnic w krytycznym okresie w historii życia. Jak podaje Molnar, wyniki nowego badania „sugerują, że amnioty łodygowe nie były ograniczone do w pełni rozłożystych pozycji, i mogły istnieć różne postawy i chody różnych zwierząt wykorzystywanych w różnych sytuacjach”. do wody i tych, którzy spędzili całe swoje życie na lądzie, przemierzając krainy wodne i lądowe, stworzenia takie jak Orobates mogłyby naprawdę dumnie swoje rzeczy.
