Paleontologer står overfor et konstant dilemma. Organismene som inspirerer deres vitenskapelige oppmerksomhet er lenge døde, umulige å se på i livet. Sci-fi-løsninger som å bringe arter tilbake fra utryddelse eller tidsreiser er ikke tilgjengelig for å hjelpe. Men ved å kombinere eksepsjonelle fossiler med robotikk, har et team av forskere rekonstruert hvordan en av våre fjerne, øgle-lignende slektninger gikk høyt.
En suksessfull parring av fossiler ga et sted å starte. Ved første øyekast kan den 300 millioner år gamle Orobates pabsti se ut som en tøff øgle. I virkeligheten er dette dyret fra Perm-perioden ekspertene kjenner som en stamammniote - et virveldyr som er en del av den evolusjonære avstamningen mellom amfibier, som reproduserer seg i vannet, og den siste felles stamfar til pattedyr og krypdyr, som legger egg på land . Og det som får Orobates til å skille seg ut er at fossile skjeletter av dette dyret er funnet med spor skapningene laget i livet.
Kombinasjonen av skjeletter og spor laget av Orobates er usedvanlig sjelden i fossilprotokollen. De fleste spor finnes uten bein knyttet til dem, noe som gjør det vanskelig å si nøyaktig hvilken art som gjorde fotavtrykkene. Orobates er et unntak, slik at detaljer om hvordan dyret vandret ble bundet direkte tilbake til skjelettets anatomi.
OroBOT går mot kameraet. (Tomislav Horvat / Kamilo Melo / EPFL Lausanne) "Dette utgjør en veldig sjelden banesporforening, spesielt med tanke på fossilens alder, " sier John Nyakatura, en biomekanisk ekspert ved Humboldt universitet i Berlin. Å finne skjelettet sammen med sporene gir en spennende mulighet for paleontologer, da Orobates sitter på et viktig tidspunkt i livets evolusjonære bakhistorie. " Orobates kan betraktes som et viktig fossil for forståelsen av utviklingen av virveldyr, siden det er en veldig nær kusine til de siste vanlige forfedrene til pattedyr, krypdyr og fugler, " sier Nyakatura. Derfor representerer Orobates skapningene imellom de første virveldyrene som drar seg selv på land og øgellignende dyr som førte heltidsjordiske liv.
I en ny Nature- studie kombinerte Nyakatura og kollegene fossiler, studier av levende dyr og maskinvare for å bygge en robotreplika av Orobates, kalt OroBOT. Med en vandrende robot for å ta dette lenge utdøde dyret gjennom tempoene, klarte forskerne å "åpne den sorte kassen med inferens, " sier Nyakatura, og bestemme den mest sannsynlige måten Orobates beveget seg på.
Biomekanikkeksperter har brukt denne tilnærmingen før. Pleurobot, designet for å studere hvordan salamandere beveger seg, demonstrerte at robotikk kan gi innsikt i anatomi hos levende vesener. OroBOT tar den samme logikken tilbake gjennom Deep Time, og trekker fra studier av hvordan salamandere, skink, iguaner og kaimaner kommer seg rundt. Nyakatura og teamet hans ga sine robotiske Orobates forskjellige holdninger og gangarter for å måle de resulterende fotavtrykkmønstrene og sammenlignet deretter resultatene med de fossiliserte sporene som ble etterlatt av det levende dyret for hundrevis av millioner år siden.
"Vi studerte først bevegelsen til eksisterende arter i detalj for å få en bedre forståelse av de mekaniske egenskapene til den viltvoksende tetrapod-bevegelsen, " sier Nyakatura. Disse undersøkelsene tillot forskerne å identifisere biomekaniske mønstre som ble brukt på deres modeller av tetrapodbevegelse. De fossile fotavtrykkene fungerte som en sjekk på datasimuleringene, og bevegelsen til OroBOT brukte simuleringene for å matche mønsteret til fotavtrykkene.
"Tilnærmingen er omfattende, gjennomsiktig og eksplisitt evidensbasert, " sier NYIT-paleontolog Julia Molnar. "Jeg tror at mange andre forskere på dette feltet vil ta i bruk aspekter av metodikken deres."
Slik det viser seg, er måten moderne kaimaner beveger seg en god analog for Orobates . Den forhistoriske stamfaren til øgler holdt kroppen fra bakken på bøyde lemmer, med en svak bevegelse fra side til side mens den gikk. Denne typen bevegelser skiller seg fra hva paleontologer forventet. Forgjengerne til Orobates, sier Molnar, "er vanligvis karakterisert som salamanderlignende i sin bevegelse, fullstendig viltvoksende og kanskje drar buken på bakken."
Overst mulig visning av holotypype av Orobates pabsti . (Thomas Martens / Museum der Natur Gotha) Selv om det kan virke som et lite skifte i oppførsel, løfter magen fra bakken mens du går, en stor endring fra delvis akvatiske dyr, som drar kroppene sine nesten som om de svømmer på land, og dyr som utviklet seg til å gå primært på fast grunn . "Andre forskere antok tidligere at den avanserte bevegelsen som vi konkluderte med for Orobates, først oppsto etter opprinnelsen til fostervann, " sier Nyakatura, men de nye resultatene indikerer at disse mer spesialiserte måtene å bevege seg rundt på land utviklet seg mye tidligere.
Mekanikken til OroBOT er spesielt nøkkel til Orobates, men forskningen viser hvordan robotikk kan bidra til å låse opp hemmeligheter i løpet av en kritisk tid i livets historie. Resultatet av den nye studien, sier Molnar, "antyder at ammoniakkestam ikke var begrenset til fullt spredte holdninger, og det kan ha vært et bredt utvalg av holdninger og gangarter de forskjellige dyrene som ble brukt i forskjellige situasjoner." til vannet og de som tilbrakte livet helt på land, og blandet seg mellom vannlevende og landlige riker, kunne skapninger som Orobates virkelig spankulere tingene sine.
