Paleontologer står over for et konstant dilemma. De organismer, der inspirerer deres videnskabelige opmærksomhed, er længe døde, umulige at se i livet. Sci-fi-løsninger som at bringe arter tilbage fra udryddelse eller tidsrejser er ikke tilgængelige for at hjælpe. Men ved at kombinere usædvanlige fossiler med robotik har et forskerhold rekonstrueret, hvordan en af vores fjerne, firbenlignende slægtninge gik højt.
En heldig parring af fossiler gav et sted at starte. Ved første øjekast ser den 300 millioner år gamle Orobates pabsti muligvis ud som en ujævn firben. I virkeligheden er dette dyr fra Perm-perioden, hvad eksperter kender som en stam-amniote - et hvirveldyr, der er en del af den evolutionære afstamning mellem amfibier, der formerer sig i vandet, og den sidste fælles stamfar til pattedyr og krybdyr, der lægger æg på land . Og hvad der får Orobates til at skille sig ud er, at fossile skelet af dette dyr er blevet fundet med spor, der er skabt i livet.
Kombinationen af skeletter og spor lavet af Orobates er usædvanligt sjælden i fossilprotokollen . De fleste spor findes uden knogler der er forbundet med dem, hvilket gør det vanskeligt at fortælle nøjagtigt, hvilken art der lavede fodaftryk. Orobates er en undtagelse, der tillader detaljer om hvordan dyret gik direkte bundet til skeletets anatomi.
OroBOT går mod kameraet. (Tomislav Horvat / Kamilo Melo / EPFL Lausanne) ”Dette udgør en meget sjælden banesporforening, især i betragtning af fossilenes alder, ” siger John Nyakatura, en biomekanikekspert ved Humboldt Universitet i Berlin. At finde skeletet sammen med sporene er en spændende mulighed for paleontologer, da Orobates sidder på et vigtigt tidspunkt i livets evolutionære baghistorie. ” Orobater kan betragtes som et vigtigt fossil til forståelsen af hvirveldyrsudvikling, da det er en meget tæt fætter af de sidste fælles forfædre til pattedyr, krybdyr og fugle, ” siger Nyakatura. Derfor repræsenterer Orobates væsner mellem de første hvirveldyr, der trækker sig selv på land og de firbenlignende dyr, der førte fuldt ud landlige liv.
I en ny naturundersøgelse kombinerede Nyakatura og hans kolleger fossiler, undersøgelser af levende dyr og hardware til at opbygge en robotreplika af Orobates, kaldet OroBOT. Med en vandrende robot til at føre dette lang uddøde dyr gennem sine skridt var forskerne i stand til at "åbne den sorte kasse med inferens, " siger Nyakatura og bestemmer den mest sandsynlige måde, hvorpå Orobates flyttede.
Biomechanics-eksperter har brugt denne fremgangsmåde før. Pleurobot, designet til at studere, hvordan salamandere bevæger sig, demonstrerede, at robotik kan give indsigt i levende væseners anatomi. OroBOT tager den samme logik tilbage gennem Deep Time og udgår fra undersøgelser af, hvordan salamandere, skinks, iguaner og kaimaner kommer rundt. Nyakatura og hans team gav deres robotiske Orobates forskellige holdninger og gangarter for at måle de resulterende fodaftrykmønstre og sammenlignede derefter resultaterne med de fossiliserede spor, som det levende dyr efterlod for hundreder af millioner af år siden.
”Vi studerede først bevægelse af eksisterende arter i detaljer for at få en bedre forståelse af de mekaniske egenskaber ved spredende tetrapod-bevægelse, ” siger Nyakatura. Disse undersøgelser gjorde det muligt for forskerne at identificere biomekaniske mønstre, der blev anvendt på deres modeller af tetrapod-bevægelse. De fossile fodaftryk fungerede som en check på computersimuleringerne, og bevægelsen fra OroBOT brugte simuleringerne til at matche fodsporternes mønster.
”Tilnærmingen er omfattende, gennemsigtig og eksplicit evidensbaseret, ” siger NYIT-paleontolog Julia Molnar. ”Jeg tror, at mange andre forskere på dette område vil anvende aspekter af deres metodologi.”
Som det viser sig, er den måde, som moderne kaimaner bevæger sig, en god analog for Orobates . Den forhistoriske stamfar til firben holdt sin krop væk fra jorden på bøjede lemmer med en svag bevægelse fra side til side, mens den gik. Denne type bevægelse adskiller sig fra, hvad paleontologer forventede. Forgængerne for Orobates, siger Molnar, "er normalt karakteriseret som salamanderlignende i deres bevægelse, fuldstændigt spredt og måske trækker deres maver på jorden."
Ovenfra af holotypeprøven til Orobates pabsti . (Thomas Martens / Museum der Natur Gotha) Selvom det kan virke som en lille forskydning i adfærd, er løft af maven fra jorden, mens man går, en stor ændring fra delvist akvatiske dyr, der trækker deres kroppe næsten som om de svømmer på land, og dyr, der udviklede sig til at gå primært på fast grund . ”Andre forskere antog tidligere, at den avancerede bevægelse, som vi udledes for Orobates, først opstod efter amnioters oprindelse, ” siger Nyakatura, men de nye resultater indikerer, at disse mere specialiserede måder at bevæge sig rundt på land udviklede sig meget tidligere.
OroBOT's mekanik er nøglen specifikt til Orobates, men forskningen viser, hvordan robotik kunne hjælpe med at låse hemmeligheder op i en kritisk tid i livets historie. Resultatet af den nye undersøgelse, siger Molnar, "tyder på, at stammesamfugler ikke var begrænset til fuldt spredte holdninger, og der kan have været en lang række stillinger og gangarter de forskellige dyr, der blev brugt i forskellige situationer." til vandet og dem, der tilbragte deres liv fuldstændigt på land, blanding mellem vand og jord, kunne væsner som Orobates virkelig strejfe deres ting.
