Oggi il tuo cane usa la coda per scuotere, indicare e inseguire in cerchio. Ma le code fanno molto di più: 360 milioni di anni fa, aiutarono i primi escursionisti a compiere la fatale transizione evolutiva dall'acqua alla terra. In un nuovo studio, i ricercatori hanno utilizzato robot dalla coda tozza progettati per muoversi come pesci "mudskipper" anfibi per dimostrare che i primi camminatori terrestri potrebbero aver usato la coda per navigare in condizioni di costa pericolose.
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I risultati, dettagliati nel numero di questa settimana della rivista Science, potrebbero aiutare nella progettazione di robot anfibi che possono scavare in modo efficiente su superfici difficili come la sabbia che può fluire intorno agli arti e impedire il movimento. (Non si può dire per cosa potrebbero essere usati quei robot agili, ma vale la pena notare che lo studio è stato finanziato in parte dall'US Army Research Office e dall'Esercito Research Laboratory.)
“La terra non è solo cemento duro o rocce. Può essere composto da terreni sabbiosi e fangosi che scorrono al contatto e muoversi attraverso questo tipo di materiali non è affatto banale ", afferma il leader dello studio Daniel Goldman, un biofisico della Georgia Tech specializzato in locomozione animale.
Per ottenere ulteriori approfondimenti sulla locomozione dei primi vertebrati terrestri o tetrapodi, Goldman e i suoi colleghi hanno studiato il movimento del mudskipper africano, un piccolo pesce anfibio che vive nelle zone di marea vicino alla costa e trascorre il suo tempo sia in acqua che su sabbia e superfici fangose. I Mudskipper usano le loro pinne sporche per passeggiare attraverso la terra e sono noti per saltare saltando battendo la coda.
Le osservazioni del team hanno rivelato che la coda del mudskipper è solo marginalmente utile per muoversi su superfici piane, ma diventa significativamente più importante quando la creatura deve spingere su pendenze scivolose.
Per capire meglio come il mudskipper stava usando le sue pinne e la coda in concerto, gli scienziati hanno usato una stampante 3D per creare un robot che imita alcuni dei movimenti chiave della creatura. Ancora più importante, il "MuddyBot" può fare un push-up e spingere indietro gli arti anteriori - un movimento chiamato "stampella" - e può posizionare la sua potente coda ad angoli diversi sul terreno rispetto ai suoi arti.
"Non è il dispositivo più glamour", afferma Goldman, "ma è ben controllato. Stiamo usando un robot per fare scienza, e in questo caso, per parlare di cose accadute 360 milioni di anni fa. "
Il robot ha due arti e una coda potente, con movimento fornito da motori elettrici. (Rob Felt, Georgia Tech) Come il mudskipper, il MuddyBot aveva bisogno di un calcio dalla coda per salire su una pendenza sabbiosa di 20 gradi. La coda era anche utile per l'ancoraggio, quindi il robot non scivolava all'indietro lungo il pendio.
"Guardando i robot, siamo stati in grado di cogliere alcuni dei vantaggi dell'utilizzo della coda in concerto con gli arti", afferma Goldman. "In particolare per i materiali fortemente inclinati, se non usi la coda, ti arenerai abbastanza rapidamente."
Le scoperte sono un passo importante - nessun gioco di parole inteso - verso la comprensione dei principi meccanici della locomozione dei primi tetrapodi e dell'importanza delle code in particolare, afferma John Nyakatura, un biologo evoluzionista dell'Università Humboldt di Berlino che non era coinvolto nello studio.
"Per molto tempo, la locomozione della salamandra è stata considerata il modello più adeguato [per i primi movimenti del tetrapode]", afferma Nyakatura, che ha scritto un articolo di notizie correlate sui risultati della scienza . "Poiché le salamandre non usano la coda in questo modo su supporti impegnativi come pendii ripidi e sabbiosi, nessuno ha pensato alla coda."
Nyakatura ha anche elogiato i metodi innovativi del team. "Quello che mi piace di questo documento è che attinge a diversi approcci di ricerca: robotica, simulazioni, biomeccanica dei pesci viventi", afferma. “L'uso della simulazione e dei robot in particolare offre grandi possibilità di inferenze funzionali in paleontologia. Questi approcci consentono di variare sistematicamente i singoli parametri. L'intero "spazio dei parametri" può essere esplorato, comprese le combinazioni di parametri che non possono essere osservate negli animali viventi ".
John Hutchinson, professore di biomeccanica evolutiva all'Università di Londra, fu d'accordo. Passare dall'acqua alla terra "è stata una grande transizione nell'evoluzione dei vertebrati e ha posto le basi per tutto ciò che è accaduto sulla terra nel gruppo dei vertebrati da allora", afferma Hutchinson, che non è stato coinvolto nella ricerca. "Nessuno ha mai usato robot per far luce su quest'area, quindi sarà interessante vedere dove va."
