Forskere gjenskaper første trinn på tørt land

'MuddyBot', en robot med hale. Den bruker bevegelsesprinsipper formudskipper. Bilde via Rob Felt (Georgia Tech)/NSF.


Var en hale nødvendig for gamlevirveldyrå ta de første trinnene fra vann til tørt land? Det er en av konklusjonene i en ny banebrytende studie,publiserti journalenVitenskap8. juli 2016.

Forskerne studerte dette spørsmålet ved å observereamfibiskfisk, så ved å bygge en robot kalte de MuddyBot og så på bevegelsene. Til slutt søkte dematematiske modellerav bevegelse til det de lærte.


De fant ut at stabilisering av kroppen med en hale 'ga betydelige fordeler' for de første kritiske trinnene ut av et vannaktig miljø og ut på en elvebredde eller ei vade.

Møt en mudskipper. Forskere studerer bevegelsen til mudskippers for å forstå hvordan tidlige terrestriske dyr kan ha beveget seg rundt gjørme og sand. Dette dyret ble fotografert ved Georgia Aquarium i Atlanta. Kreditt: Rob Felt, Georgia Tech

Møt en mudskipper. Bilde via Georgia Aquarium i Atlanta/ Rob Felt/NSF.

Studieforfatter Daniel Goldman, lektor ved Georgia Tech School of Physics, sa i enuttalelse fra National Science Foundation, som støttet arbeidet, som han har:

... lenge vært besatt av spørsmålet om hvordan de første skapningene beveget seg til land.




Han og hans kolleger - fra Georgia Institute of Technology, Carnegie Mellon University, Clemson University og National Institute for Mathematical and Biological Synthesis - utforsket atferden og kroppsmekanikken til den afrikanskemudskipper, en amfibisk fisk som lever i tidevannsområder nær kysten.

Georgia Tech Associate Professor Dan Goldman med MuddyBot -roboten i sporveien der bevegelsen ble studert. Kreditt: John Toon, Georgia Tech

Georgia Tech Associate Professor Dan Goldman med MuddyBot -roboten i banen der forskere studerte bevegelsen. Bilde via John Toon/ Georgia Tech/NSF

De sa at mudskipper er en av en håndfull levende organismer som anses å være potensielt nær i kroppsstrukturen til de første terrestriske virveldyrene, det vil si skapninger med ryggrad, inkludert pattedyr, fugler, reptiler, amfibier og fisk.

Mudskippers er kjent for å bruke sine fremre finner og hale for å bevege seg på land med en 'krykkende' bevegelse. Forskerne studerte bevegelsen deres i detalj og registrerte bevegelsene til mudskippers i et laboratorium i et gjenskapt miljø de prøvde å gjøre så like som gamle elvebredder, der tidlige landboere kan ha dukket opp. Goldman sa:


Vi fant at når mudskippers bruker halen på en tilstrekkelig skrå sandbakke, klarer de seg ganske bra, og når de ikke gjør det, gjør de det ikke bra.

Deretter utviklet forskerne en forenklet, mudskipper-lignende versjon av en robot, som de kaller MuddyBot. De brukte MuddyBot for å finne ut hvilke koordinerte bevegelser av lemmer og hale som var mest effektive på granulære overflater med forskjellige stigninger.

MuddyBot sliter gjennom en sandkasse. The & apos; crutching & apos; bevegelse som driver den fremover ligner på hvordan mudskippers & apos; walk & apos; på land. Bilde via Georgia Tech/ Clemson University/ Carnegie Mellon/ Popular Science.

MuddyBot sliter langs en sandkasse. Den 'krykkende' bevegelsen som driver den fremover, ligner på hvordan mudskippers går på land, fant disse forskerne. Bilde via Georgia Tech/ Clemson University/ Carnegie Mellon/Populærvitenskap.

Til slutt brukte forskerne en matematisk og ingeniørmetode kaltgeometrisk mekanikkå analysere alle mulige måter MuddyBot kan bevege seg i rommet og på forskjellige overflater. De sa at denne metoden hjalp dem:


... avgjøre hvilke typer bevegelser som kanskje har tillatt skapningen å trekke seg opp på en sand eller gjørmete skråning.

Konklusjonen deres: de første skapningene som beveget seg fra vann til land kan ha hatt haler og kan ha brukt en krykkebevegelse for å bevege seg ut av vannet.

Bunnlinjen: Forskere undersøkte hvordan gamle skapninger beveget seg fra vann til land, delvis via en robot kalt MuddyBot.