Днес вашето куче използва опашката си за размахване, сочене и преследване в кръг. Но опашките правят много повече от това: преди 360 милиона години те помогнаха на първите обитатели на сушата да направят съдбовен еволюционен преход от вода към суша. В ново проучване изследователите са използвали упорити опашки роботи, предназначени да се движат като амфибийни „кални риби“, за да покажат, че първите обитатели на сушата може да са използвали опашките си, за да се ориентират в коварните условия на бреговата линия.
Свързано съдържание
- Самосмазващо се риба меч от секрета, за да плува по-бързо
Констатациите, подробно описани в седмичния брой на списанието Science, биха могли да помогнат при проектирането на роботи-амфибии, които могат да се разхождат ефективно по предизвикателни повърхности като пясък, който може да се движи около крайниците и да затрудни движението. (Без да разказвам за какво могат да се използват тези пъргави роботи, но заслужава да се отбележи, че проучването е финансирано отчасти от Службата за изследвания на армията на САЩ и от Армейската изследователска лаборатория.)
„Земята не е само твърд бетон или скали. Той може да бъде съставен от пясъчен и кален свободен терен, който тече при контакт, и придвижването през тези видове материали изобщо не е тривиално “, казва ръководителят на проучването Даниел Голдман, биофизик от Georgia Tech, който е специализиран в движение на животни.
За да добият повече представа за движението на ранните сухоземни гръбначни животни или тетраподите, Голдман и неговите колеги проучиха движението на африканския калник, малка риба-амфибия, която живее в райони на приливи и отливи в близост до брега и прекарва времето си както във вода, така и върху пясъчен и кални повърхности. Mudskippers използват своите перки перки, за да се разхождат по сушата и е известно, че понякога скачат, като туптят опашките си.
Наблюденията на екипа разкриха, че опашката на калника е полезна само за движение по плоски повърхности, но става значително по-важна, когато съществото трябва да се придвижва по хлъзгави наклони.
За да разберат по-добре как mudskipper използваше перките и опашката си в концерт, учените използваха 3D принтер, за да създадат робот, имитиращ някои от ключовите движения на съществото. Най-важното е, че „MuddyBot“ може да направи лицеви опори и да избута предните си крайници назад - движение, наречено „смачкване“ - и може да постави мощната си опашка под различен ъгъл върху земята спрямо крайниците си.
„Това не е най-бляскавото устройство - казва Голдман, - но е добре контролирано. Ние използваме робот, за да правим наука и в този случай да говорим за неща, които са се случили преди 360 милиона години. "
Роботът има два крайника и мощна опашка, като движението се осигурява от електрически двигатели. (Роб Фелт, Джорджия Тех) Подобно на калника, MuddyBot се нуждаеше от ритник от опашката си, за да изкачи 20-градусов пясъчен наклон. Опашката също беше полезна за закрепване, така че роботът не се плъзга назад надолу по склона.
„Разглеждайки роботи, успяхме да отделим някои от предимствата на използването на опашки в съзвучие с крайници“, казва Голдман. „По-специално за стръмно наклонените материали, ако не използвате опашката си, се нанизвате доста бързо.“
Констатациите са важна стъпка - без карамфил - към разбирането на механичните принципи на ранното движение на тетрапод и по-специално на важността на опашките, казва Джон Някатура, еволюционен биолог в университета в Хумболт в Берлин, който не участва в проучването.
„Дълго време локомоцията на саламандрите се разглеждаше като най-адекватния модел [за ранно движение на тетрапод], “ казва Някатура, който написа свързана новина за статията на Science . „Тъй като саламандрите не използват опашката по този начин на предизвикателни опори като стръмни, пясъчни наклони, никой не се сети за опашката.“
Някатура също похвали иновативните методи на екипа. „Това, което харесвам в този документ, е, че той черпи от различни изследователски подходи: роботика, симулации, биомеханика на живите риби“, казва той. „Използването на симулация и в частност роботи предлага големи възможности за функционални изводи в палеонтологията. Тези подходи позволяват (вие) систематично да променяте индивидуалните параметри. Може да се изследва цялото „пространство на параметрите“, включително комбинациите от параметри, които не могат да бъдат наблюдавани при живи животни. “
Джон Хътчинсън, професор по еволюционна биомеханика в Лондонския университет, се съгласи. Преминаването от вода към сушата „беше основен преход в еволюцията на гръбначните животни и постави сцената за всичко, което се е случило на сушата в гръбначните животни оттогава“, казва Хътчинсън, който не е участвал в изследванията. "Никой никога не е използвал роботи, за да хвърлят светлина върху тази зона, така че ще бъде интересно да се види къде отива."
