Палеонтологи сталкиваются с постоянной дилеммой. Организмы, которые вдохновляют их научное внимание, давно мертвы, их невозможно наблюдать в жизни. Научно-фантастические решения, такие как возвращение видов из вымирания или путешествия во времени, не могут помочь. Но, объединив исключительные окаменелости с робототехникой, команда исследователей воссоздала, как один из наших дальних, похожих на ящериц, родственников шел высоко.
Случайное спаривание ископаемых обеспечило место для начала. На первый взгляд 300-летняя пабсти Оробатес может выглядеть как толстая ящерица. На самом деле это животное пермского периода - это то, что эксперты знают как стволовый амниот - позвоночное, которое является частью эволюционной линии между амфибиями, которые размножаются в воде, и последним общим предком млекопитающих и рептилий, которые откладывают яйца на суше., И что выделяет Orobates, так это то, что ископаемые скелеты этого животного были обнаружены с треками, созданными в жизни существами.
Комбинация скелетов и следов, сделанных Orobates, исключительно редко встречается в окаменелостях. Большинство следов найдено без каких-либо связанных с ними костей, что затрудняет точное определение того, какие виды сделали следы. Orobates - исключение, позволяющее напрямую связать детали того, как животное ходило, с анатомией скелета.
OroBOT идет к камере. (Томислав Хорват / Камило Мело / EPFL Лозанна) «Это очень редкая ассоциация производителей треков, особенно учитывая возраст ископаемых», - говорит Джон Ньякатура, эксперт по биомеханике в Университете Гумбольдта в Берлине. Нахождение скелета вместе со следами представляет захватывающую возможность для палеонтологов, поскольку Orobates находится на важном этапе эволюционной предыстории жизни. « Оробаты можно считать ключевым ископаемым для понимания эволюции позвоночных, поскольку они очень близкие родственники последних общих предков млекопитающих, рептилий и птиц», - говорит Ньякатура. Таким образом, Orobates представляет существ между промежуточными позвоночными, которые перетащили себя на землю, и животных, похожих на ящериц, которые вели земную жизнь на полную ставку.
В новом исследовании природы Ньякатура и его коллеги объединили ископаемые, исследования живых животных и оборудование для создания роботизированной копии Orobates, названной OroBOT. С помощью шагающего робота, который проведет это давно вымершее животное, исследователи смогли «открыть черный ящик умозаключений», говорит Ньякатура, и определить наиболее вероятный способ перемещения Оробатов .
Эксперты по биомеханике уже использовали этот подход. Pleurobot, разработанный для изучения движения саламандр, продемонстрировал, что робототехника может дать представление об анатомии живых существ. OroBOT использует ту же логику в Deep Time, опираясь на исследования того, как обходятся саламандры, сцинки, игуаны и кайманы. Ньякатура и его команда дали своим роботизированным Оробатам различные позы и походки, чтобы измерить полученные образцы следов, а затем сравнили результаты с окаменелыми следами, оставленными живым животным сотни миллионов лет назад.
«Сначала мы очень подробно изучили передвижение существующих видов, чтобы лучше понять механические свойства растягивающегося передвижения четвероногих», - говорит Ньякатура. Эти исследования позволили исследователям определить биомеханические закономерности, которые были применены к их моделям движения тетрапод. Следы окаменелости действовали как проверка компьютерных симуляций, и движение OroBOT использовало симуляции, чтобы соответствовать структуре следов.
«Этот подход является всеобъемлющим, прозрачным и основан на фактах», - говорит палеонтолог NYIT Юлия Мольнар. «Я думаю, что многие другие исследователи в этой области примут аспекты своей методологии».
Оказывается, движение современных кайманов - хороший аналог для Orobates . Доисторический предок ящериц удерживал свое тело от земли на согнутых конечностях, слегка покачивая, пока он шел. Этот тип движения отличается от того, что ожидали палеонтологи. По словам Молнара, предшественники Orobates «обычно характеризуются как саламандра в своем передвижении, полностью растягивающиеся и, возможно, волочащие свои животы по земле».
Вид сверху на голотипный образец Orobates pabsti . (Томас Мартенс / Музей дер Натур Гота) Хотя это может показаться небольшим изменением в поведении, поднятие живота с земли во время ходьбы представляет собой серьезное изменение от частично водных животных, которые тянут свои тела почти так же, как они плавают на земле, и животных, которые эволюционировали, чтобы ходить в основном по твердой земле, «Другие исследователи ранее предполагали, что продвинутая локомоция, которую мы определили для Orobates, возникла только после появления амниот», - говорит Ньякатура, но новые результаты показывают, что эти более специализированные способы передвижения по земле развились намного раньше.
Механика OroBOT специально предназначена для Orobates, но исследование демонстрирует, как робототехника может помочь раскрыть секреты в критический момент истории жизни. Результат нового исследования, говорит Молнар, «действительно предполагает, что стволовые амниоты не были ограничены полностью растягивающимися позами, и, возможно, имело место широкое разнообразие поз и походка на разных животных, используемых в разных ситуациях». Между разными видами к воде и тем, кто всю свою жизнь провел на суше, перетасовывая между водным и земным царствами, такие существа, как Оробаты, могли действительно разбрасываться своими вещами.
