Моделирование показывает 290 миллионов-летний Orobates была продвинутая способ ходьбы—пересмотр устойчивое представление о том, как четвероногих колонизировали сушу.
Около 290 миллионов лет назад четвероногое существо, питающееся растениями, размером с большую собаку, бродило по центральной части Германии. Она не несла себя, как большинство других четвероногих, известных с того времени, живот низко к земле и конечности вытянуты в стороны; вместо этого он шел выше, засовывая свои конечности под тело для более прямой позы. Это портрет, появившийся в результате нового междисциплинарного исследования, которое реконструировало локомоцию этого давно вымершего животного под названием Orobates pabsti - отчасти путем разработки роботизированной версии зверя для проверки физики различных походок. И это добавляет к растущему количеству доказательств того, что отчет из учебника о том, когда и как четвероногие животные завоевали Terra Firma, нуждается в пересмотре.
Тетраподы начали свое существование в воде около 400 миллионов лет назад в девонский период, развиваясь из рыбы с мясистыми плавниками. Их возможная колонизация земли была оригинальным событием в эволюции позвоночных или позвоночных животных. Согласно общепринятому представлению об этом переходе, ранние наземные четвероногие существа были в значительной степени ограничены движением низколатых, волнообразных манер саламандр и ящериц. Только спустя 251 миллион лет назад, в конце пермского периода, они начали развивать различные стили передвижения, которые помогли им войти в новые экологические ниши, доступные для них на суше. Или так история пошла.
Ученые считают, что разработка более прямого, сбалансированного и энергоэффективного способа перемещения является ключевым нововведением во время этого перехода, который заложил основу для большой диверсификации видов в линии, ведущей к амниотам - группе, включающей рептилий , птицы и млекопитающие. Хитрость заключалась в том, чтобы выяснить из летописи окаменелости, какие животные были первыми, кто так себя собрал С этой целью новое исследование Orobates, опубликованное в четверг в журнале Nature, собрало огромное количество данных о ископаемых и живых животных и проанализировало их с помощью ряда передовых инструментов, чтобы показать, как этот древний четвероногий (близкий родственник Родословная, ведущая к современным амниотам). Результаты помогают переписать временную шкалу локомоторной эволюции тетрапод.
Orobates - идеальный кандидат для такого исследования. С одной стороны, он представлен полными скелетами - редкостью для пермских окаменелостей. С другой стороны, это связано со следом ископаемых следов, которые хорошо соответствуют анатомии ископаемых стоп. Предыдущие исследования скелета и дорожки намекали на то, что Orobates могли ходить, располагая ноги ближе к средней линии тела, а не в разложенном состоянии. Чтобы проверить эту возможность и другие, Джон Ньякатура из Университета Гумбольдта в Берлине и его коллеги разработали компьютерную модель животного, основанную на анатомии, обнаруженной в ископаемом скелете, и на биомеханических данных от живых четвероногих, которые демонстрируют разную степень разрастания. Исследователи использовали эту модель для определения диапазона движения ископаемого животного. Они также разработали компьютерную модель, которая позволяла им рассчитывать физические силы, действующие на Orobates во время различных видов передвижения. И они создали версию робота Orobates, названную OroBOT, которую они использовали для проверки результатов последнего моделирования в реальных условиях. Следы окаменелости предоставили ключевое ограничение для моделирования: походки должны были соответствовать путям, чтобы считаться вероятными.
Команда проверила сотни походок на своих моделях, чтобы выяснить, какой из них, вероятно, использовал Orobates. В конце концов, прогулка, которую они считали наиболее вероятной для древнего тетрапод, была похожа на движение каймана, вида крокодилов, что указывает на то, что эта более продвинутая, прямолинейная форма передвижения возникла примерно на 40 миллионов лет раньше, чем предполагалось ранее.
Ньякатура и его коллеги «подобрали нас настолько близко, насколько мы можем без машины времени», к знанию того, как ходят Оробаты, говорит палеонтолог Стюарт Сумида из Калифорнийского государственного университета, Сан-Бернардино, эксперт по пермским тетраподам, который не участвовал в новом исследовании ,Сумида, открывшая Orobates в 2000 году, отмечает, что это не единственное животное, которое намекает на локомоторное разнообразие среди ранних наземных четвероногих. Он и его коллеги показали, что другое животное из той же ископаемой местности в Германии, Eudibamus cursoris, может бегать на двух ногах. «Диапазон двигательных способностей животных, ведущих к [современным амниотам и их родственникам], намного больше, чем мы думали», - говорит Сумида. И если бы этот эксперимент начался еще 290 миллионов лет назад, это могло бы изменить понимание исследователями роста количества амниот. «Это могло бы быть более постепенным», - добавляет он.
По словам соавтора исследования Джона Хатчинсона, эксперта по эволюционной биомеханике в Королевском ветеринарном колледже в Великобритании, эта новая работа дала наиболее подробную и точную на сегодняшний день реконструкцию того, как вымершее существо двигалось вокруг, с возможным исключением локомотора реконструкции сделаны для некоторых ранних видов человека. Исследователи создали веб-сайт, который позволяет посетителям поиграть с фильтрами, которые ограничивают их моделирование. Они предполагают, что их подход можно использовать для определения того, как двигались другие ископаемые виды, включая те, которые имеют отношение к другим основным изменениям в эволюции позвоночных, таким как эволюция вертикальной ходьбы или активного полета.
Но понадобятся ли сравнительно хорошо сохранившиеся окаменелости, которые очень трудно найти, чтобы применить этот метод к другим видам? «Это вопрос на 10 000 000 долларов», - говорит Хатчинсон. «Я думаю, что это вопрос степени - можно применить этот метод к другим окаменелостям с несколько меньшей уверенностью, если они будут менее чудесно сохранены. Или кто-то может быть креативным и найти способы улучшить метод: добавить новые данные о существующих (или даже лишних ископаемых) видах, чтобы помочь «заключить» в скобки то, что вымершее животное могло сделать или не сделать, или включить данные о мышцах или что-то еще для помогите ограничить моделирование и робот дальше ».