Paleontologen staan voor een constant dilemma. De organismen die hun wetenschappelijke aandacht inspireren zijn al lang dood, onmogelijk om in het leven te zien. Scifi-oplossingen zoals het terughalen van soorten of uitstapjes in de tijd zijn niet beschikbaar om te helpen. Maar door uitzonderlijke fossielen te combineren met robotica, heeft een team van onderzoekers gereconstrueerd hoe een van onze verre, hagedisachtige familieleden lang liep.
Een toevallige combinatie van fossielen bood een plek om te beginnen. Op het eerste gezicht lijkt de 300 miljoen jaar oude Orobates-pabsti op een dikke hagedis. In werkelijkheid is dit dier uit de Perm periode wat experts kennen als een stam vruchtwater - een gewerveld dier dat deel uitmaakt van de evolutionaire lijn tussen amfibieën, die zich in het water voortplanten, en de laatste gemeenschappelijke voorouder van zoogdieren en reptielen, die eieren op het land leggen . En wat Orobates opvalt, is dat fossiele skeletten van dit dier zijn gevonden met sporen die de wezens in het leven hebben gemaakt.
De combinatie van skeletten en sporen gemaakt door Orobates is uitzonderlijk zeldzaam in het fossielenbestand. De meeste sporen worden gevonden zonder daaraan verbonden botten, waardoor het moeilijk is om precies te weten welke soort de voetafdrukken heeft gemaakt. Orobates is een uitzondering, waardoor details over hoe het dier liep direct worden teruggebonden aan de anatomie van het skelet.
OroBOT loopt naar de camera. (Tomislav Horvat / Kamilo Melo / EPFL Lausanne) "Dit vormt een zeer zeldzame vereniging van track-trackmakers, vooral gezien de leeftijd van de fossielen, " zegt John Nyakatura, een biomechanica-expert aan de Humboldt Universiteit van Berlijn. Het vinden van het skelet samen met de tracks biedt een opwindende kans voor paleontologen, aangezien Orobates op een belangrijk moment in het evolutionaire achtergrondverhaal van het leven zit. " Orobates kunnen worden beschouwd als een belangrijk fossiel voor het begrip van de evolutie van gewervelde dieren, omdat het een zeer nauwe neef is van de laatste gemeenschappelijke voorouders van zoogdieren, reptielen en vogels, " zegt Nyakatura. Daarom vertegenwoordigt Orobates de wezens tussen de eerste gewervelde dieren die zich naar het land slepen en de hagedisachtige dieren die fulltime terrestrische levens leidden.
In een nieuwe natuurstudie combineerden Nyakatura en zijn collega's fossielen, studies van levende dieren en hardware om een robotreplica van Orobates te bouwen, OroBOT genaamd. Met een lopende robot om dit lang uitgestorven dier door het tempo te helpen, konden de onderzoekers "de zwarte doos van inferentie openen", zegt Nyakatura, en bepalen wat de meest waarschijnlijke manier is waarop Orobates zich bewoog.
Biomechanica-experts hebben deze aanpak eerder gebruikt. De Pleurobot, ontworpen om te bestuderen hoe salamanders bewegen, toonde aan dat robotica inzichten kan verschaffen in de anatomie van levende wezens. OroBOT neemt dezelfde logica terug via Deep Time, op basis van onderzoeken naar hoe salamanders, skinks, leguanen en kaaimannen rondlopen. Nyakatura en zijn team gaven hun robotachtige Orobates verschillende standpunten en gangen om de resulterende voetafdrukpatronen te meten en vergeleken vervolgens de resultaten met de gefossiliseerde sporen die het levende dier honderden miljoenen jaren geleden had achtergelaten.
"We hebben eerst de voortbeweging van bestaande soorten grondig bestudeerd om een beter begrip te krijgen van de mechanische eigenschappen van uitgestrekte viervoeters, " zegt Nyakatura. Dankzij deze onderzoeken konden de onderzoekers biomechanische patronen identificeren die werden toegepast op hun modellen van tetrapod-bewegingen. De fossiele voetafdrukken fungeerden als een controle op de computersimulaties en de beweging van de OroBOT gebruikte de simulaties om het patroon van de voetafdrukken te matchen.
"De aanpak is uitgebreid, transparant en expliciet op feiten gebaseerd, " zegt NYIT-paleontoloog Julia Molnar. "Ik denk dat veel andere onderzoekers op dit gebied aspecten van hun methodologie zullen overnemen."
Het blijkt dat de manier waarop moderne kaaimannen bewegen een goede analogie is voor Orobates . De prehistorische voorouder van hagedissen hield zijn lichaam op de grond op gebogen ledematen, met een lichte zijwaartse beweging tijdens het lopen. Dit type beweging verschilt van wat paleontologen verwachtten. De voorgangers van Orobates, zegt Molnar, "worden meestal gekenmerkt als salamanderachtig in hun voortbeweging, volledig uitgestrekt en misschien hun buiken over de grond slepend."
Bovenaanzicht van het holotype exemplaar van Orobates pabsti . (Thomas Martens / Museum der Natur Gotha) Hoewel het misschien een lichte gedragsverandering lijkt, is het optillen van de buik van de grond tijdens het lopen een grote verandering van gedeeltelijk waterdieren, die hun lichamen bijna alsof ze op het land zwemmen, en dieren die evolueerden om voornamelijk op vaste grond te lopen, slepen . "Andere onderzoekers gingen er eerder van uit dat de geavanceerde voortbeweging die we voor Orobates hebben afgeleid, pas is ontstaan na de oorsprong van amniotes, " zegt Nyakatura, maar de nieuwe resultaten geven aan dat deze meer gespecialiseerde manieren om zich over land te verplaatsen veel eerder zijn geëvolueerd.
De mechanica van de OroBOT is specifiek afgestemd op Orobates, maar het onderzoek toont aan hoe robotica kon helpen geheimen te ontgrendelen tijdens een kritieke periode in de geschiedenis van het leven. Het resultaat van de nieuwe studie, zegt Molnar, "suggereert wel dat stamamniotes niet beperkt waren tot volledig uitgestrekte houdingen, en er kan een grote verscheidenheid aan houdingen en gangen zijn geweest die de verschillende dieren in verschillende situaties gebruikten." naar het water en degenen die hun hele leven op het land hebben doorgebracht, schuifelend tussen de water- en terrestrische rijken, wezens zoals Orobates konden echt hun spullen stutten.
