Dnes váš pes využívá svého ocasu k vrtání, polohování a pronásledování v kruhu. Ale ocasy dělají mnohem víc než to: před 360 miliony let pomohly prvním chodcům v zemi osudný evoluční přechod z vody na zemi. V nové studii vědci použili roboty se zakulacenými ocasy, které se pohybovaly jako obojživelné ryby „mudskipper“, aby ukázaly, že první pozemní chodci možná použili své ocasy k navigaci zrádných pobřežních podmínek.
Související obsah
- Samomazný tajný olej mečounů rychle plavat
Nálezy, podrobně popsané v tomto týdnu v časopise Science, by mohly pomoci při navrhování obojživelných robotů, které mohou účinně běžet po náročných površích, jako je písek, který může proudit kolem končetin a bránit pohybu. (Nehovořím o tom, k čemu by se tito roboti s dobrýma nohama mohli použít, ale stojí za zmínku, že studie byla částečně financována Výzkumným úřadem armády USA a Výzkumnou laboratoří armády.)
"Země není jen tvrdý beton nebo skály." Může se skládat z písčitého a bahnitého sypkého terénu, který při kontaktu teče, a pohyb mezi těmito druhy materiálů není vůbec triviální, “říká vedoucí studie Daniel Goldman, biofyzik z Georgia Tech, který se specializuje na pohyb zvířat.
Goldman a jeho kolegové studovali pohyb afrického mudskippera, malé, obojživelné ryby, která žije v přílivových oblastech blízko pobřeží a tráví svůj čas ve vodě a na písčitých a mořských vlnách, aby získal více nahlédnutí do lokomoce časných suchozemských obratlovců nebo tetrapodů. bahnité povrchy. Mudskippers používají své nubby ploutve k procházce po zemi a je známo, že občas skákají tím, že mlátí ocasy.
Z pozorování týmu vyplynulo, že ocas mudskipperu je jen nepatrně užitečný pro pohyb na rovných površích - ale stává se podstatně důležitějším, když se stvoření musí vyvinout na kluzký sklon.
Aby lépe porozuměli tomu, jak mudskipper používal své ploutve a ocas ve shodě, vědci použili 3D tiskárnu k vytvoření robota, který napodobuje některé klíčové pohyby tvora. Nejdůležitější je, že „MuddyBot“ může tlačit a tlačit své přední končetiny dozadu - pohyb zvaný „beranění“ - a může svůj silný ocas umístit na zemi pod různými úhly vzhledem k jeho končetinám.
"Nejedná se o nejkrásnější zařízení, " říká Goldman, "ale je dobře ovládané." Používáme robota pro vědu a v tomto případě mluvíme o věcech, které se staly před 360 miliony let. “
Robot má dvě končetiny a silný ocas, s pohybem zajišťovaným elektrickými motory. (Rob Felt, Georgia Tech) Stejně jako mudskipper potřeboval MuddyBot kop z ocasu, aby vystoupil na 20 stupňovou písečnou svahu. Ocas byl také užitečný pro ukotvení, takže robot nesklouzl dozadu dolů ze svahu.
"Při pohledu na roboty jsme dokázali vybrat některé výhody použití ocasu ve shodě s končetinami, " říká Goldman. "Obzvláště u strmě skloněných materiálů, pokud nepoužíváte ocas, uvíznete docela rychle."
Tato zjištění jsou důležitým krokem - není zamýšleno žádné slovní hříčky - směrem k pochopení mechanických principů rané tetrapodové lokomoce a zejména významu ocasu, říká John Nyakatura, evoluční biolog na Humboldtově univerzitě v Berlíně, který se studie nezúčastnil.
"Po dlouhou dobu byla lokomotiva mloka považována za nejvhodnější model [pro rané tetrapodové hnutí], " říká Nyakatura, který napsal související zpravodajský článek o nálezech pro vědu . "Vzhledem k tomu, že mloci nepoužívají ocas tímto způsobem na náročných podpěrách, jako jsou příkré, písčité svahy, nikdo na ocas nepomyslel."
Nyakatura také ocenila inovativní metody týmu. "Co se mi na tomto článku líbí, je to, že vychází z různých výzkumných přístupů: robotiky, simulací, biomechaniky živých ryb, " říká. „Použití simulací a robotů zejména nabízí skvělé možnosti pro funkční závěry v paleontologii. Tyto přístupy umožňují (vy) systematicky měnit jednotlivé parametry. Lze prozkoumat celý „parametrický prostor“, včetně kombinací parametrů, které u živých zvířat nelze pozorovat. “
John Hutchinson, profesor evoluční biomechaniky na londýnské univerzitě, souhlasil. Přechod z vody na pevninu „byl zásadním přechodem v evoluci obratlovců a připravil půdu pro vše, co se od té doby na zemi ve skupině obratlovců stalo, “ říká Hutchinson, který se do výzkumu nezúčastnil. "Nikdo nikdy nepoužil roboty, aby osvětlili tuto oblast, takže bude zajímavé zjistit, kam to jde."
