Nykyään koirasi käyttää häntäänsä heiluttamiseen, osoittamiseen ja jahtaamaan ympyrässä. Mutta hännät tekevät paljon enemmän: 360 miljoonaa vuotta sitten he auttoivat ensimmäisiä maanvartijoita muuttamaan kohtalokas evoluutiovaihtelu vedestä maahan. Uudessa tutkimuksessa tutkijat käyttivät tynkäpyöriä robotteja, jotka oli suunniteltu liikkumaan kuin amfibifiset ”mudskipper” kalat osoittaakseen, että ensimmäiset maapallon kävelijät ovat saattaneet käyttää häntäänsä navigoida petollisissa rantaviivaa koskevissa olosuhteissa.
Asiaan liittyvä sisältö
- Itsevoitelevat miekkakalat erittävät öljyä uimaan nopeammin
Tulokset, jotka on esitetty yksityiskohtaisesti Science- lehden tämän viikon numerossa, voisivat auttaa suunnittelemaan amfibiorobotteja, jotka voivat levittää tehokkaasti haastaviin pintoihin, kuten hiekkaan, joka voi virtaa raajojen ympärillä ja estää liikettä. (Ei kerro, mihin nopeajalkaisisiin robotteihin voidaan käyttää, mutta on syytä huomata, että tutkimusta rahoittivat osittain Yhdysvaltain armeijan tutkimustoimisto ja armeijan tutkimuslaboratorio.)
”Maa ei ole vain kovaa betonia tai kiviä. Se voi koostua hiekkaisesta ja mutaisesta löysästä maastosta, joka virtaa kosketuksiin joutuessaan. Siirtyminen sellaisten materiaalien läpi ei ole ollenkaan triviaalia ”, sanoo tutkimuksen johtaja Daniel Goldman, Georgia Techin biofysiikka, joka on erikoistunut eläinten liikkumiseen.
Saadakseen enemmän tietoa varhaisten maanpäällisten selkärankaisten eli tetrapodojen liikkuvuudesta, Goldman ja hänen kollegansa tutkivat afrikkalaisen mudskipperin - pienen, amphibiikkakalan - liikkumista, joka elää vuoroveden alueilla lähellä rantaa ja viettää aikansa sekä vedessä että hiekkarannalla. mutaiset pinnat. Mudskipperit käyttävät tyttöjä evänsä kävelyllä yli maan, ja niiden tiedetään hyppäävän toisinaan heittämällä häntäänsä.
Ryhmän havainnot paljastivat, että mumpsiharjan hännästä on hyötyä vain vähäisessä määrin liikkumiselle tasaisilla pinnoilla - mutta siitä tulee huomattavasti tärkeämpää, kun olennon täytyy ajaa itsensä liukkaan kaltevuuteen.
Ymmärtääksesi paremmin, kuinka mönkärin käytti eviä ja häntä yhtenäisesti, tutkijat käyttivät 3D-tulostinta robotin luomiseen, joka jäljittelee joitain olennon näppäinliikkeitä. Tärkeintä on, että “MuddyBot” voi suorittaa push-upin ja työntää eturaajaansa taaksepäin - liikkeen, jota kutsutaan “puristukseksi” - ja se voi sijoittaa voimakkaan häntän eri kulmiin maahan nähden suhteessa raajoihinsa.
"Se ei ole kaikkein loistavin laite", Goldman sanoo, "mutta se on hyvin hallittu. Käytämme robottia tieteen tekemiseen ja tässä tapauksessa puhumiseen asioista, jotka tapahtuivat 360 miljoonaa vuotta sitten. ”
Robotilla on kaksi raajaa ja voimakas häntä, jonka liikkeet tarjoavat sähkömoottorit. (Rob Felt, Georgia Tech) Mudskipperin tavoin MuddyBot tarvitsi potkun häntästään noustakseen 20 asteen hiekkaiseen kaltevuuteen. Häntä oli hyödyllinen myös kiinnityspisteissä, joten robotti ei liukastu taaksepäin rinteessä.
"Tarkastelemalla robotteja pystyimme erottamaan eräät hyödyt siitä, että hännät käytetään yhdessä raajojen kanssa", Goldman sanoo. "Erityisesti jyrkästi taipuisissa materiaaleissa, jos et käytä häntäsi, sinet lujuu melko nopeasti."
Tulokset ovat tärkeä askel - ei mitään tarkoitusta - varhaisen tetrapodin liikkumisen mekaanisten periaatteiden ja etenkin hännien merkityksen ymmärtämiseen, sanoo Berliinin Humboldtin yliopiston evoluutiobiologi John Nyakatura, joka ei ollut mukana tutkimuksessa.
"Salamanderien liikkumista pidettiin pitkään sopivimpana mallina [varhaisen tetrapodin liikkeelle]", sanoo Nyakatura, joka kirjoitti aiheeseen liittyvän uutisartikkelin Science-tutkimustuloksista . "Koska salamandrialaiset eivät käytä häntää tällä tavalla haastavissa tuissa, kuten jyrkissä, hiekkaisissa kaltevuuksissa, kukaan ei ajatellut häntää."
Nyakatura kiitti myös joukkueen innovatiivisia menetelmiä. "Pidän tästä paperista siitä, että se perustuu erilaisiin tutkimuslähestymistapoihin: robotiikkaan, simulaatioihin, elävien kalojen biomekaniikkaan", hän sanoo. ”Erityisesti simulaation ja robottien käyttö tarjoaa hyvät mahdollisuudet toiminnallisiin päätelmiin paleontologiassa. Nämä lähestymistavat antavat (sinulle) mahdollisuuden muuttaa systemaattisesti yksittäisiä parametreja. Koko 'parametritila' voidaan tutkia, mukaan lukien parametrikombinaatiot, joita ei voida havaita elävissä eläimissä. "
Lontoon yliopiston evoluutiobiomekaniikan professori John Hutchinson suostui. Siirtyminen vedestä maahan ”oli merkittävä muutos selkärankaisten evoluutiossa, ja se asetti vaiheen kaikelle, mitä siitä lähtien tapahtui selkärankaisten ryhmän maalla”, sanoo Hutchinson, joka ei ollut mukana tutkimuksessa. "Kukaan ei ole koskaan käyttänyt robotteja valaisemaan tätä aluetta, joten on mielenkiintoista nähdä, mihin se menee."
