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如何了解一种动物的运动姿势?科学家可以把它们带进实验室,让它们在跑步机上行走,然后直接进行观察。

那如果是活在上亿年前、只剩下化石的古生物呢?面对一副不会动的骨架,我们怎么知道它活着时究竟是肚皮贴地,还是用四肢撑起身体,怎么知道它的四肢如何摆动?

这一次,就让复刻版机器人替它走跑步机吧!

这只只有骨架的机器动物名叫“OroBOT”,它的原型Orobates pabsti生活在二叠纪早期(大约是2.9亿年前),那时脊椎动物登上陆地还不是很久。通过28个电机的控制,OroBOT迈开四肢,扭动脊柱,以不同的姿态在跑步机上行走,帮助研究者们推测这种早期陆生动物最有可能采取的行走姿势,从而进一步了解陆生四足动物的演化。

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(Orobates pabsti化石,图片来源:Thomas Martens)

Orobates pabsti不仅年代足够早、有完整的骨骼化石,而且还有对应的足迹化石可以参考,因此它被选为了研究对象。研究者们对化石进行断层扫描,建立了全身骨骼的三维模型。同时,他们还观察了若干种现生动物的行走姿势作为参考。怎么观察呢?依然是要请它们上跑步机,而且这一次同时还要进行x射线透视,把运动中的骨骼看个清楚。

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(一只正在走跑步机的蝾螈,它为本研究提供了参考数据。视频来源:biorob2.epfl.ch)

收集好了参考数据,接下来就要测试各种不同的行走姿势了。这些测试很多都通过计算机模拟进行,但实际让机器人出来走两步依然非常重要:这能帮助研究者更好地验证模拟结果,进一步了解各种走路姿势的能量消耗与平衡性。

在测试了数百种参数组合之后,研究者认为,这种史前四足动物的行走方式比预想的更加“先进”:它们已经能用四肢支撑起身体,并且行走的平衡性和能量效率也不错。也就是说,史前四足动物们可能在比科学家预想更早的时期就已经掌握了高效的行走方式。

如果你想感受一下以不同姿势行走的Orobates pabsti,还可以访问研究者建立的网站:https://biorob2.epfl.ch/pages/Orobates_interactive/

原论文:https://www.nature.com/articles/s41586-018-0851-2

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