Все мы помним ту самую историю про выход рыбы на сушу, однако этот процесс до сих пор исследуют в деталях. Новый подход в изучении данного перехода предоставила группа Майкла Ишиды из Кембриджского университета: они решили использовать роботов, которые должны повторить движения первых амфибий.
Новый маленький робот был вдохновлён рядом рыб, способных к передвижению при помощи плавников, в числе которых оказались сенегальские полиптеры, илистые прыгуны и многочисленные вымершие представители лопастепёрых. Робот должен показать, как именно древние рыбы начали использовать грудные и брюшные плавники для передвижения и их дальнейшей эволюции для поддержания веса.
"Поскольку ископаемые свидетельства ограничены, у нас есть неполная картина того, как древняя жизнь вышла на сушу", - сказал ведущий автор исследования доктор Майкл Ишида из инженерного факультета Кембриджа. - "Палеонтологи изучают древние окаменелости в поисках информации о строении тазобедренных суставов, но есть пределы тому, что мы можем узнать только по окаменелостям. Вот тут-то и могут пригодиться роботы, которые помогут нам заполнить пробелы в исследованиях, особенно при изучении основных изменений в том, как передвигались позвоночные".
Ишида является сотрудником Кембриджской лаборатории биологической робототехники, возглавляемой профессором Фумией Иидой, старшим автором статьи. Команда разрабатывает энергоэффективных роботов для различных применений, вдохновляясь эффективными способами передвижения животных и людей. Подобная отрасль кибернетики, вдохновляющаяся биологии, является продолжением бионики - междисциплинной науки, ставящей в основу подражание живым организмам в решении медицинских, архитектурных, инженерных и пр. задач. Бионика на данный момент - одна из самых важных "новых" наук, ведь именно она позволяет создавать максимально приближенные к человеческим протезы.
Бионический аналог девонской рыбы имитировал её скелет, оснащённый механическими соединениями - аналогами мышц и связок. Учёные планируют использовать их для изучения движений древних рыб.
"Мы хотим знать такие вещи, как, например, сколько энергии требовалось при разных способах ходьбы, или какие движения были наиболее эффективными", - сказал Ишида. - "Эти данные могут помочь подтвердить или опровергнуть существующие теории о том, как эволюционировали эти ранние животные".
Главная проблема, возникшая перед учёными, заключается во фрагментарности окаменелостей: многие девонские рыбы и тетраподы известны по неполным скелетам, из-за чего сложно понять, какой диапазон движений был у них при жизни и как его реконструировать.
"В некоторых случаях мы просто предполагаем, как определенные кости соединялись или функционировали", - сказал Ишида. - "Вот почему роботы так полезны - они помогают нам подтвердить эти догадки и предоставить новые доказательства, подтверждающие или опровергающие их".
Обычно бионические модели использовали для изучения современных животных, но немногочисленные примеры использования в палеонтологии уже есть: в 2019-ом учёные создали робота, который моделировал движение древнего звероящера/рептилиоморфа оробатеса (Orobates pabsti Berman et al., 2004). Возможно, что работа группы Ишиды даст палеобионике необходимый толчок, что расширит применение роботизированных моделей, взаимодействующих с реальным миром.
В настоящее время команда находится на ранней стадии создания своих палеороботов, но они надеются добиться определенных результатов в течение следующего года. Исследователи надеются, что их модели роботов не только углубят понимание эволюционной биологии, но и смогут открыть новые возможности для сотрудничества между инженерами и исследователями в других областях.