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

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.

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.