I paleontologi affrontano un dilemma costante. Gli organismi che ispirano la loro attenzione scientifica sono morti da tempo, impossibile da osservare nella vita. Soluzioni di fantascienza come riportare indietro le specie dall'estinzione o viaggiare nel tempo non sono disponibili per aiutare. Ma combinando fossili eccezionali con la robotica, un team di ricercatori ha ricostruito il modo in cui uno dei nostri parenti lontani, simili a lucertole, camminava alto.
Un fortuito accoppiamento di fossili ha fornito un punto di partenza. A prima vista, il pabsti di Orobates di 300 milioni di anni potrebbe sembrare una lucertola grossa. In realtà, questo animale del periodo Permiano è ciò che gli esperti conoscono come un amniote a stelo: un vertebrato che fa parte del lignaggio evolutivo tra anfibi, che si riproducono nell'acqua, e l'ultimo antenato comune di mammiferi e rettili, che depongono le uova sulla terra . E ciò che distingue Orobates è che gli scheletri fossili di questo animale sono stati trovati con tracce che le creature hanno creato nella vita.
La combinazione di scheletri e tracce fatte da Orobates è eccezionalmente rara nei reperti fossili. La maggior parte delle tracce viene trovata senza ossa associate ad esse, il che rende difficile dire esattamente quali specie hanno impresso le impronte. Orobates è un'eccezione, che consente di ricollegare direttamente l'anatomia dello scheletro ai dettagli di come l'animale camminava.
OroBOT cammina verso la telecamera. (Tomislav Horvat / Kamilo Melo / EPFL Lausanne) "Ciò costituisce un'associazione di track-trackmaker molto rara, soprattutto considerando l'età dei fossili", afferma John Nyakatura, esperto di biomeccanica all'Università Humboldt di Berlino. Trovare lo scheletro insieme alle tracce rappresenta un'opportunità eccitante per i paleontologi, poiché Orobates si trova in un momento importante nel retroterra evolutivo della vita. "Gli orobati possono essere considerati un fossile chiave per la comprensione dell'evoluzione dei vertebrati poiché è un cugino molto vicino degli ultimi antenati comuni di mammiferi, rettili e uccelli", afferma Nyakatura. Pertanto, Orobates rappresenta le creature tra i primi vertebrati che si trascinano sulla terra e gli animali simili a lucertole che hanno condotto vite terrestri a tempo pieno.
In un nuovo studio sulla natura, Nyakatura e i suoi colleghi hanno combinato fossili, studi su animali vivi e hardware per costruire una replica robotica di Orobates, chiamata OroBOT. Con un robot che cammina per portare alla prova questo animale estinto da tempo, i ricercatori sono stati in grado di "aprire la scatola nera dell'inferenza", afferma Nyakatura, e determinare il modo più probabile in cui si muoveva Orobates .
Gli esperti di biomeccanica hanno già utilizzato questo approccio. Il Pleurobot, progettato per studiare come si muovono le salamandre, ha dimostrato che la robotica può fornire spunti sull'anatomia delle creature viventi. OroBOT riprende la stessa logica attraverso Deep Time, attingendo dagli studi di come salamandre, skink, iguane e caimani si muovono. Nyakatura e il suo team hanno dato ai loro Orobate robotici diverse posizioni e andature per misurare i modelli di impronta risultanti e quindi confrontato i risultati con le tracce fossilizzate lasciate dall'animale vivente centinaia di milioni di anni fa.
"Per prima cosa abbiamo studiato la locomozione delle specie esistenti in modo molto dettagliato per comprendere meglio le proprietà meccaniche della tentacolare locomozione del tetrapode", afferma Nyakatura. Queste ricerche hanno permesso ai ricercatori di identificare modelli biomeccanici che sono stati applicati ai loro modelli di movimento del tetrapode. Le impronte fossili fungevano da controllo sulle simulazioni al computer e il movimento di OroBOT usava le simulazioni per abbinare il modello delle impronte.
"L'approccio è completo, trasparente ed esplicitamente basato sull'evidenza", afferma la paleontologa del NYIT Julia Molnar. "Penso che molti altri ricercatori in questo campo adotteranno aspetti della loro metodologia".
A quanto pare, il modo in cui i caimani moderni si muovono è un buon analogo per Orobates . L'antenato preistorico delle lucertole teneva il suo corpo sollevato da terra su arti flessi, con un leggero movimento da un lato all'altro mentre camminava. Questo tipo di movimento differisce da ciò che i paleontologi si aspettavano. I predecessori di Orobates, dice Molnar, "di solito sono caratterizzati da una salamandra nella loro locomozione, completamente distesi e forse trascinando la pancia sul terreno".
Vista dall'alto del campione olotipo di Orobates pabsti . (Thomas Martens / Museum der Natur Gotha) Mentre può sembrare un leggero cambiamento nel comportamento, sollevare la pancia da terra mentre si cammina rappresenta un grande cambiamento rispetto agli animali parzialmente acquatici, che trascinano i loro corpi quasi come se nuotassero sulla terra, e gli animali che si sono evoluti per camminare principalmente su un terreno solido . "Altri ricercatori avevano precedentemente ipotizzato che la locomozione avanzata che avevamo dedotto per gli Orobati fosse nata solo dopo l'origine degli amnioti", afferma Nyakatura, ma i nuovi risultati indicano che questi modi più specializzati di spostarsi sulla terra si sono evoluti molto prima.
I meccanismi di OroBOT sono specificamente dedicati agli Orobati, ma la ricerca dimostra come la robotica potrebbe aiutare a sbloccare segreti durante un momento critico della storia della vita. Il risultato del nuovo studio, afferma Molnar, "suggerisce che gli amnioti staminali non fossero limitati a posture completamente distese, e potrebbe esserci stata una grande varietà di posture e andature dei diversi animali utilizzati in situazioni diverse". Tra le specie legate all'acqua e a quelli che hanno trascorso le loro vite interamente sulla terra, mescolandosi tra i regni acquatico e terrestre, creature come Orobates potevano davvero mettere in mostra le loro cose.
