Роботизированное ископаемое: существо, жившее 300 миллионов лет назад, прошлось по беговой дорожке

OroBOT – роботизированная копия оробата, жившего на Земле в пермском периоде.

Фото Maxime Marendaz.

Окаменелые останки особи вида Orobates pabsti.

Фото Thomas Martens.

Современные технологии позволяют с высокой точностью воссоздать облик древних существ по их останкам и следам. Их "воскрешают", как правило, при помощи трёхмерного моделирования, а затем специалисты создают макеты скелетов.

Однако увидеть, как двигались древние существа, можно лишь на экране монитора. Или всё же есть альтернатива?

Команда исследователей из Федеральной политехнической школы Лозанны и Берлинского университета имени Гумбольдта в ходе новой работы изучила биомеханику и локомоцию (способ перемещения в пространстве) существ вида Orobates pabsti, которые обитали на Земле около 300 миллионов лет назад.

По словам палеонтологов, оробаты по размеру могли сравниться с небольшой собакой. Хотя они не являются "хедлайнерами" пермского периода и мало кому известны, исследователи очень заинтересованы в изучении таких животных. Считается, что оробаты были близкими родственниками последнего общего предка рептилий, земноводных и млекопитающих. Иными словами, они располагаются на перекрёстке эволюционного древа.

"Оробаты – идеальные кандидаты для изучения эволюции наземных позвоночных, потому что они находятся на линии, ведущей к современным амниотам (высшим позвоночным – прим. ред.). Эти животные появлялись из яиц, откладываемых на земле, и стали в значительной степени независимыми от воды", – рассказывает профессор Джон Някатура (John Nyakatura) из Берлинского университета имени Гумбольдта.

И теперь учёные знают не только то, что такие существа бродили по Земле, но и то, как именно они это делали.

Окаменелые останки особи вида Orobates pabsti.
Окаменелые останки особи вида Orobates pabsti.
Фото Thomas Martens.

Чтобы воссоздать передвижения O. pabsti, на первом этапе команда разработала цифровую симуляцию. Для этого использовались скелетные останки и окаменелые следы особей этого вида, а также данные о походке его потомков, в том числе кайманов, саламандр и игуан. Исследователи изучили рентгеновские фото и видео этих животных во время движения и обозначили три важных характеристики – как стоит животное в вертикальном положении, как сгибается его позвоночник и как сгибаются локтевой и плечевой суставы во время ходьбы.

На следующем этапе специалисты соотнесли эти данные с особенностями скелета виртуальных оробатов и смоделировали их походку. В общей сложности было создано 512 симуляций. Проанализировав их, учёные отмели анатомически невозможные варианты (вроде тех, при которых кости стучали друг об друга или выскакивали из суставов) и подобрали наиболее подходящие.

Впрочем, всё вышеописанное делалось и прежде. Но на этот раз учёные также решили каким-то образом проверить цифровые симуляции на практике. Дело в том, что модели не учитывают многих факторов – балансировку реального животного, влияние гравитации и сил трения и так далее.

Авторы работы решили, что наилучший выход – создать роботизированную копию древнего существа. Так появился OroBOT – робот, максимально точно повторяющий свой природный прототип. Конструкцию изготовили из пластиковых и стальных деталей, в том числе с применением трёхмерной печати.

Теперь, помимо названных выше факторов, исследователи смогли настраивать и другие параметры – ширину расстановки лап, длину шагов и так далее. Оказалось, что некоторые симуляции были невозможны в реальности: робот спотыкался, переворачивался на спину и даже сломал одно ребро, признаются учёные.

В конце концов специалисты подобрали наиболее подходящий вариант: походку, напоминающую передвижения современных кайманов (пресмыкающихся семейства аллигаторовых).

По словам палеонтологов, ранее считалось, что оробаты передвигались подобно саламандрам, при этом их тело находилось близко к земле. Однако оказалось, что на самом деле представители вида O. pabsti обладали более прямой осанкой и во время ходьбы держали тело высоко, не волоча по земле живот и хвост.

Эволюционные биологи отмечают, что такой способ передвижения по меркам пермского периода был продвинутым. Это была относительно прямая, сбалансированная и энергосберегающая походка, которая, как считалось, развилась у амниотов на миллионы лет позже.

Специалисты заключают, что междисциплинарный подход, который они использовали в ходе этой работы, может применяться для изучения других эволюционных переходов, например, происхождения полёта или скачущей походки у млекопитающих.

Более подробно об этом исследовании рассказывается в статье, опубликованной в журнале Nature.

Кстати, ранее авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) сообщали о других исследованиях, связанных с изучением способов передвижения древних существ. К примеру, оказалось, что молодые динозавры передвигались на карачках, а тирексы не умели бегать, как в голливудских фильмах.