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德国发现的Orobates pabsti化石挑战对于已灭绝动物如何移动的研究

2019/2/3 11:34:00 移动版

德国发现的Orobates pabsti化石挑战对于已灭绝动物如何移动的研究


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视频:德国发现的Orobates pabsti化石挑战对于已灭绝动物如何移动的研究


(神秘的地球uux.cn报道)据美国国家地理(撰文:JASON BITTEL 编译:石颐珊):3亿年前,地球上住着一种大小如小型犬的奇异生物,它名叫Orobates pabsti。 大多数人都不认识它的名字,但是科学家认为这种动物和爬虫类、恐龙、鸟,甚至哺乳类的最后共祖是关系很近的表亲。


现在,科学家不但知道O. pabsti曾经漫步地球,他们还知道它是怎么走的。


O. pabsti真的很特别──在骨骸化石和足印化石都保存良好的动物中,它是目前出土最古老的一种。 单看哪一种线索都不够充分,但是将两种放在一起就可以提供一套架构,让科学家能从计算机仿真到使用真实的机器人,重建出这种古代动物的步态。


这项研究能帮助生物学家,了解动物移动方式演化成如今样貌的时间和原因,而且可能成为进一步研究的先声:了解我们的祖先从海中踏上陆地的方式。


举例来说,科学家认为疾走于今日德国的O. pabsti可能长得很像凯门鳄。 这叫人意外,约翰. 内亚卡图拉(John Nyakatura)说,他是柏林洪堡大学(Humboldt University)的演化生物学家,也是这篇1月中旬出刊在《自然》(Nature)期刊上的论文第一作者。 科学家原本认为这个时期的动物移动方式可能更像蝾螈,四肢向外伸展而身体贴近地面。


另一方面,凯门鳄移动的时候会将躯干悬在空中,许多科学家认为这种较先进的移动方式,是在数百万年后会产卵的羊膜动物出场后才演化出来。


「如果Orobates和羊膜动物的最后共祖可能已经演化出这种先进的移动方式,那么这种移动方式,似乎就和卵生动物的演化没有关联。 」内亚卡图拉说。


跟随Orobates的脚步


为了更加了解O. pabsti如何昂首阔步,科学家首先依据这只动物的骨骸建出3D数字模型。 他们接着用计算机仿真O. pabsti以不同步态走出那些足迹化石的模样。


很多动物都可以走出这样的足迹,但是他们移动的形式会稍有个别差异,例如石龙子会让四肢保持接近地面,而鬣蜥行走时则会将上半身抬起,研究共同作者卡米洛. 梅洛(Kamilo Melo)说。 他是瑞士洛桑联邦理工学院(Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne)的生物机器人专家。


跑过512种仿真后,有些步态显然在解剖学上不可行,内亚卡图拉说,因为它们会迫使O. pabsti的骨头相互撞击,或导致它的腕关节断裂。


以机器人来仿真行走


然而有些变因无法在计算机仿真中精准呈现,例如重力、摩擦力与平衡,梅洛说。 研究团队想在现实世界中试试看,因此使用了仿生机器人OroBOT。


动物的移动方式可以提供科学家许多关于其生活的信息,而研究人员正是想藉此搜集更多这种如鳄鱼般的远古生物Orobates pabsti的数据。


藉由调整特定参数,例如移动时脊椎弯曲程度、四足能向外伸展多少、肩关节移动范围,OroBOT可以排除更多候选步伐。 有些步态会让OroBOT踉跄且跌地四脚朝天,梅洛说。 而且这还不是最惨的情形。


「其实我们弄断了它的一根肋骨。 」他说。


最后,研究团队决定了一种类似凯门鳄的步态作为最有可能的配对。 不过为了确认他们的研究方法够可靠,团队回头对凯门鳄与蝾螈等现生物种做了一样的实验,测试他们是否能够单靠足迹与骨骸的数字模型来推测这些动物如何移动。 当实验结果呈现出了这些动物在大自然中实际被观察到的步态时,团队知道他们抓到些重点了。


「提出挑战」


内亚卡图拉强调这些技术以前都有人试过,但是在此之前都没有人将它们全部一起投入单一详尽的研究。 「我想我们应该能为自己的发想感到颇为骄傲。 」他说。


茱莉亚. 穆尔纳(Julia Molnar)是一名纽约理工学院(New York Institute of Technology)的比较解剖学家,她似乎同意上述评估,说这篇论文为这个领域设立了新标竿。


「他们真的挑战了对已灭绝动物运动模式的研究。 」穆尔纳说。 若将目光放远,穆尔纳说像O. pabsti这样较不为人知的生物实在很有趣,因为它们能够协助我们了解我们的远祖走上陆地生活的故事。


「我认为这还只是一个非常棒的故事中,很前面的部分。 」穆尔纳说。

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