让化石动起来!

作者: lulu

来源: 科学世界

发布日期: 2019-01-18 16:57:18

德国和瑞士的研究团队利用3D扫描技术和计算机建模技术开发机器人OroBOT,探索史前四足兽Orobates pabsti的行走方式,发现其运动方式比预期更加先进。

动物的行走方式往往能给生物学家提供不少信息,有助于我们进一步了解动物的生活习性。但如果我们得到的仅仅是一块化石呢?要是能让化石动起来就好了。比如这个长得有点像鳄鱼的史前生物Orobates pabsti,是一种已灭绝的阔齿龙科动物。它的出现其实比恐龙还要早些,被认为是羊膜动物(包括鸟类、爬行动物和哺乳动物)的早期分支。作为陆地上第一批四足兽,科学家们当然希望尽可能多地了解它的移动方式。

最近,来自德国和瑞士的研究团队就利用3D扫描技术和计算机建模技术开发了一个机器人OroBOT,借此探索史前四足兽的行走方式和生活细节。整个过程分为数据采集、仿真模拟、步态解决和机器人化4个阶段。在数据采集阶段,研究人员对Orobates的化石和足迹标本进行3D扫描,获得数字模型。

并选取了4种现生的两栖动物和爬行动物,为它们拍摄X光片,分析运动时的骨骼及关节状态,测量了移动过程中的地面反作用力(GRF)。在仿真模拟阶段,根据数字模型建立运动学(kinematic)和动力学(dynamic)两套模拟系统。利用这两套系统排除掉不可能的步态,并与第一阶段得到的动物数据比较,不断缩小步态的合理范围。

最后通过机器人来验证步态的合理性,比如走起来是否足够平稳、与现生动物移动时的GRF是否相近、能不能和化石上的足迹完美契合。最终,实验结果显示,Orobates的运动方式比此前预期的更加先进,即行走时更加直立、平衡性好还省力气。这意味着,高效的陆地行走方式在羊膜动物分化之前就已经出现。

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