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问题来了,史前动物如何行走?

2019-08-17来源:陇南热线


问题来了,史前动物如何行走?

这块出土于德国的Orobates pabsti化石惊人的完整。摄影:PHIL DEGGINGER / ALAMY STOCK PHOTO

撰文:JASON BITTEL

3亿年前,地球上生活着一种奇怪的动物Orobates pabsti,体型只有小狗那么大。大多数人并不知道这个名字,但科学家认为,它是爬行动物、恐龙、鸟类甚至哺乳动物最后的共同祖先的近亲。

现在,科学家们不仅知道O. pabsti曾经漫步在地球上,还知道了它们的走路方式。

O. pabsti很特别:在保存完好的骨骼化石和足迹化石里,它是目前已知最古老的生物。单独的线索不足以证明什么,但综合起来就可以得出一个框架,科学家据此先后用电脑模拟和真实的机器人,重建了这种古代动物的步伐。

这项工作也帮助生物学家更好地了解动物的移动方式进化的时间和原因,这或将是我们迈出的第一步:揭开人类祖先以何种方式从海洋踏上陆地。

比如,科学家认为,O. pabsti可能更像凯门鳄,在今天的德国境内四处奔走。研究发表于1月16日的《自然》杂志。柏林洪堡大学的进化生物学家、研究首席作者John Nyakatura表示,这太让人惊讶了。此前,科学家认为,那时的动物走路方式更像蝾螈,四肢伸展,身体紧贴地面。

而凯门鳄则是另一种姿态:移动时,它们会把身体抬起来;这是一种高级运动形式,很多科学家认为几百万年后,被称为羊膜类动物的卵生动物出现后,才发展出了这种形式。

Nyakatura说:“如果Orobates和羊膜类动物最后的共同祖先已经进化出了这种高级运动形式,那么这似乎与卵生动物的进化没有什么联系。”

跟随Orobates的脚步

为了更好地了解O. pabsti的步伐,科学家首先制作了骨骼的三维数字模型,接着通过计算机模拟,观察O. pabsti用不同的步法踩出这些化石脚印时,会是什么样子。

法国巴黎综合理工大学的生物机器人专家、研究合著者Kamilo Melo表示,很多种动物都会留下这样的脚印,但它们的运动形式略有差异。比如,石龙子会让四肢更贴近地面,而鬣蜥在行走时则会抬高上半身。

Nyakatura告诉我们,经过512次模拟后,一些步法很显然在结构上是无法做到的,因为它们会导致O. P

absti的骨骼互相碰撞,或者腕关节断裂。

机器人显身手

但Melo表示,计算机模拟也不是万能的,无法精确描摹一些因素,比如重力、摩擦和平衡。因此,团队希望能在现实世界里尝试。他们用到了仿生机器人OroBOT。

通过调整某些参数,例如在移动时,这种古生物的脊椎会弯曲多少,四肢会伸展到多宽, 肩关节的活动范围,科学家可以用OroBOT排除更多潜在的步法。Melo说,一些步法导致OroBOT跌跌撞撞,最后仰面摔倒,而这还不是最糟糕的。

“我们真的折断了一根肋骨。”

最后,研究团队判断,凯门鳄那样的步法匹配度最高。但为了确保研究方法可靠,他们又对凯门鳄和蝾螈做了同样的实验,看看能否仅凭脚印和数字骨骼模型,预测这些动物的移动。这些测试果然得出了类似我们在自然中看到的步法,研究人员知道自己没有错。

“发起挑战”

Nyakatura强调,所有这些技术以前都曾试过,但到目前为止,还没有人在一项实验中用上所有技术。“我想我们有理由自豪。”

纽约理工大学的比较解剖学家Julia Molnar也同意这一评价,她认为这篇论文建立了该领域的新标准。

Molnar说:“在研究灭绝动物的运动方面,他们发起了一项挑战。”从长远来看,像O. pabsti这样不太著名的生物很有价值,可以帮助我们更好地了解遥远的祖先如何在陆地上生活。

“这是一个特别棒的故事,而那只是开始,”Molnar说道。

(译者:Sky4)

来源:国家地理中文网(官V)

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