Чтобы ответить на этот вопрос, команда исследователей из Германии, Швейцарии и Великобритании «воскресила» оробата (Orobates pabsti), четвероногого, похожего на современную ящерицу, который жил 280-290 миллионов лет назад. Его вернули к жизни в виде робота под названием OroBOT, который может сымитировать походку существа из средней перми.
Ученые сосредоточили внимание именно на Orobates pabsti, потому что это животное было одним из самых ранних представителей амниотов, или высших позвоночных. Эта группа возникла около 350 миллионов лет назад и включала в себя как рептилий, так и млекопитающих. В отличие от земноводных, которые сначала развиваются в воде, все этапы жизни амниоты могут проходить исключительно на земле. Защитные мембраны, окружающие эмбрионов, позволяют амниотам избегать стадии головастиков, плавающих в воде: рептилии (а также птицы) откладывают яйца на земле в гнездах; а у млекопитающих эмбрионы остаются внутри матери.
Амниотическая мембрана «рассматривается как ключевое эволюционное новшество, которое позволило животным "колонизировать" различные места обитания», цитирует портал Science News Джона Ньякатуру (John Nyakatura), палеонтолога из Берлинского университета имени Гумбольдта (Германия), который возглавлял новое исследование. Ответив на вопрос, как ранние амниоты ходили по суше, ученые смогут лучше понять происхождение самих амниотов и причину, почему они в конечном итоге стали более разнообразными на разных континентах. «Оробаты, которые завоевали наше внимание в этой истории, являются очень близкими родственниками последнего общего предка млекопитающих и рептилий», – добавляет палеонтолог.
источник фото: THOMAS MARTENS/MUSEUM DER NATUR GOTHA
Исследователи впервые описали O. pabsti в 2004 году, после того, как были обнаружены прекрасно сохранившиеся окаменелости существа в центральной Германии. Скелет сохранился от кончика носа до кончика хвоста и настолько хорошо, что ученые смогли по останкам уже сформировать гипотезы о том, как двигались древние «ящерицы». Затем, три года спустя, исследователи нашли в той же местности цепочку окаменелых следов, которые оставил, предположительно, O. pabsti. Эта находка давала еще больше подсказок о том, как животное могло ходить.
Чтобы визуализировать ходьбу, недостаточно просто показать, где животное ставит лапы. Чтобы понять, как передвигались по земле вымершие животные, ученые обычно используют различные подходы: исследуют анатомию их тела по окаменелостям, изучают следы или даже создают роботов, похожих на древних существ. В новой работы исследователи объединили несколько из этих тактик, чтобы точнее воспроизвести походку O. pabsti.
источник фото: SEBASTIAN VOIGT/URWELTMUSEUM GEOSKOP THALLICHTENBERG
Сначала они воссоздали скелет существа и проверили на нем возможные диапазоны движения конечностей. Это похоже на игру с куклой-марионеткой: управляя ее конечностями, можно увидеть, под каким углом двигается каждый сустав. Ученые, кроме того, создали динамическую модель, которая учитывала такие факторы как как гравитация, трение и равновесие.
Команда также изучила современные виды четвероногих, включая саламандр, сцинков (семейство ящериц), кайманов (семейство аллигаторовых) и игуан, чтобы изучить возможные диапазоны движения тетраподов. Например, сцинки и саламандры держат свои тела ближе к земле, а их конечности более вытянуты в сторону, в то время как конечности кайманов более прямые.
Наконец, ученые создали компьютерную симуляцию и робота-тетрапода, получившего название OroBOT, чтобы разыграть разные возможные варианты походки и сопоставить следы-отпечатки, которые оставляет робот, с ископаемыми следами. Всего исследователи рассмотрели 512 различных возможных типов движений. Для каждого они оценивали уровень энергопотребления, баланс и точность. Цифровую симуляцию можно посмотреть онлайн.
Полученные данные говорят о том, что у O. pabsti был относительно прогрессивный стиль ходьбы, который, как ранее считали исследователи, был присущ более поздним тетраподам. Животное держало свой живот над землей и шло по прямой, (саламандры же, например, передвигаются «витиевато», их тело извивается змейкой). Такой стиль ходьбы, вероятно, помог древнему животному сохранить энергию. Биомеханический анализ команды подтвердил, что O. pabsti действительно был полностью сухопутным животным, у которого, вероятно, были относительно современная походка.
Ученые продемонстрировали, что амниоты из одной и той же местности могли использовать разные стили ходьбы. У некоторых были прямые конечности, такие как у О. pabsti, у некоторых «разъехались» в стороны, и по крайней мере одно животное ходило на двух ногах.
Результаты исследования, опубликованные в журнале Nature, – это только начало, говорит Ньякатура. Исследователи надеются, что их многоплановый подход станет отправной точкой для решения других головоломок о «древних походках»: как произошла эволюция активного полета у птиц, как предки человека поднялись с четырех конечностей на две, как морские млекопитающие поменяли свой стиль передвижения с наземного на водный.
[Фото: TOMISLAV HORVAT AND K. MELO/EPFL LAUSANNE, THOMAS MARTENS/MUSEUM DER NATUR GOTHA, SEBASTIAN VOIGT/URWELTMUSEUM GEOSKOP THALLICHTENBERG / SCIENCE NEWS]
