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来自化石和机器人的证据暗示了古老的四足动物

发表于:2019-02-01    点击数:

Orobates pabsti 生活在2.8亿至2.9亿年之前,但在进行运动方面却相当先进。

使用计算机模拟,重新创建了骷髅,化石轨道和被称为OroBOT的步行机器人,科学家们发现,这种古老的四足动物有着惊人的高效步态。结果表明,开发一种更先进的行走方式可能与之前认为的四足动物后来的多样化密切相关,研究人员于1月17日在自然报道。

科学家关心关于如何 O.帕布斯蒂可能已经搬家,因为这种动物是最早的羊膜动物之一,这个群体大约在3.5亿年前出现,包括爬行动物和哺乳动物。与两栖动物不同,其中包括hav水生幼崽,羊膜动物可以完全生活在陆地上。围绕胚胎的保护膜允许羊膜在水中绕过蝌蚪型生命阶段:爬行动物(包括鸟)卵可以在巢中放置在陆地上;哺乳动物胚胎留在母体内。

羊膜“被认为是一种关键的进化创新,能够在不同的栖息地进行殖民化,”柏林洪堡大学的古生物学家John Nyakatura说道。研究。

Nyakatura说,了解早期羊膜动物如何在陆地上行走可以帮助科学家更好地了解羊膜动物本身的起源,以及它们最终如何在大陆上多样化。 “ Orobates ,我们在这个故事中的焦点化石,是一个非常亲密的堂兄哺乳动物和爬行动物的最后共同祖先,“他说。

研究人员首先描述了 O。 pabsti 于2004年在德国中部一个被称为Bromacher地区的地点发现了这种生物的精美化石。 “保存是惊人的,”加州州立大学圣贝纳迪诺的脊椎动物古生物学家斯图尔特·苏米达说,他没有参与这项新的研究。 “这些是从鼻尖到尾尖保存的东西,”Sumida说。 “它们保存得非常好,我们可以产生关于它们如何移动的假设。”

然后,几年后,研究人员将这些生物与一系列在同一地点发现的称为轨道的足迹联系起来,提供更多关于动物可能走路的线索。

但是,除了知道动物放在哪里之外,还有更多的可视化步行。研究共同作者卡米洛·梅洛说,各种方法被用来研究灭绝动物的运动,包括从化石中检查它们的解剖结构,研究轨道( SN:1/30/10,第9页)甚至建造机器人。 ,瑞士洛桑联邦理工学院的生物学家。但梅洛说,这项新研究的不同之处在于,科学家们将这些策略结合起来,以最大限度地逼近古代生物的步态。

研究人员首先重新创造了该生物的骨架。并用它来约束手臂和腿的可能运动范围,称为运动学模拟。 “你创造一个牵线木偶,看看每个关节可以移动的角度,“Melo说。科学家创造了一个动态模拟,其中包括重力,摩擦力和平衡等因素,以真实地检查动物如何走路。

该团队还关注现代四足动物,包括火蜥蜴,石龙子,凯门鳄和鬣蜥,以检查四足动物可能的运动范围。例如,石龙子和火蜥蜴将他们的身体放低,四肢更加伸展到侧面,而凯门鳄往往有更多直立的肢体。

最后,科学家创造了一个四足动物机器人,被称为OroBOT,用于行动潜在的步态,并将他们创造的印刷品与化石轨道相匹配。研究人员最终考虑了512种不同类型的运动,scor将它们放在能量消耗,平衡和精确度等尺度上 - 步态如何在没有滑动或滑动的情况下再现化石轨道。 (研究人员还将他们的数字模拟放在网上;在这里尝试不同的步态。)

向前迈进为了研究 Orobates pabsti (一种生活在2.9亿年前的生物)的可能步态,研究人员使用了一个机器人(被称为OroBOT)以及不同步行风格的数字模拟。在这里,科学家们注意到OroBOT支撑它的东西,向前移动没有太多的左右波动和相对直立的腿,使腹部离开地面。使用数字模拟(上图)和OroBOT(下图),研究人员将 O留下的足迹模式。pabsti 使用直立的,非起伏的步态。

数据表明 O.帕布斯蒂有一种相对先进的行走方式,研究人员以前认为这种方式属于后来的四足动物。它将腹部保持在地面上,并且具有稳定,高效的步态,没有大量的侧向,类似蝾螈的起伏。这种行走方式可能有助于动物节约能量。

Sumida称赞该研究的多重设计,使科学家能够以多种方式测试他们的发现,从化石到数字模拟到机器人。此外,他指出,该团队的生物力学分析证实了以前只有化石的发现者强烈怀疑的东西: O.帕布斯蒂确实是一个完全的te可能具有相对现代步态的陆生动物。

Sumida和其他人已经证明来自同一地区的羊膜动物正在使用一系列不同的步行方式。有些人像 O那样勃起肢体。帕布斯蒂,有些匍匐,至少有一只动物两条腿走路。 “这些研究表明,当羊膜动物首次出现时,他们做的事情比我们想象的要快得多,”他说。

研究结果只是一个开始,Nyakatura说。研究人员希望他们的多管齐下方法将成为一个起点,不仅让科学家们更好地理解 O. pabsti ,还要研究其他古代机车难题,例如主动飞行的演变,人类祖先的双足运动以及从海洋哺乳动物的陆生到水生。 “我们有很多有趣的事情要研究,”他说。

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