O rybie, która jako pierwsza wgramoliła się na ląd. To dzięki niej kręgowce nauczyły się chodzić?
Kiedy ryba wyrzucona na piasek trzepocze się i wije, robi dokładnie to samo, co przed chwilą robiła w wodzie – jej ciało faluje od karku aż po sam ogon, który uderza z największą siłą. Różnica jest tylko jedna: zamiast odpychać wodę, odpycha teraz grunt. Wygląda żałośnie i wydaje się bezradna, a tymczasem prezentuje jeden z najstarszych i najskuteczniejszych sposobów poruszania się. Zdaniem badaczy to właśnie ten niezdarny, pierwotny ruch był tym, który wyprowadził kręgowce z wody na ląd.
Falujący chód trójnożny
Kilka gatunków współczesnych ryb poszło o krok dalej i potrafi poruszać się po twardym podłożu całkiem sprawnie. Wielopłetwiec szary, dwudysznik afrykański, sumik pancerny, żmijogłów – każdy wygląda inaczej, żyje gdzie indziej i wywodzi się z zupełnie różnych gałęzi drzewa ewolucyjnego. A jednak wszystkie przemieszczają się niemal identycznie. Ich sposób poruszania się – nazwany falującym chodem trójnożnym – jest mechanicznie prosty. Ryba unieruchamia całą przednią część ciała, samą głowę lub płetwy piersiowe, a machając ogonem w lewo i w prawo przepycha tułów do przodu.
Żeby zrozumieć, dlaczego to działa tak dobrze, zespół przeanalizował nagrania tych gatunków, modelując ciało każdego zwierzęcia jako trzy sztywne segmenty i mierząc kąty ich ugięć. Okazało się, że opisujące je krzywe są u wszystkich niemal identyczne. Różni je tylko amplituda – czyli to, jak bardzo każda ryba wygina ciało. Jedne robią to bardziej spektakularnie, inne skromniej.
Tylko jeden właściwy sposób
Następnie powstał robot z trzech plastikowych segmentów połączonych serwomotorami (siłownik obrotowy lub liniowy zaprojektowany do precyzyjnego sterowania ruchem i położeniem) z własną baterią i mikrokontrolerem przykręconym do grzbietu. I właśnie na nim przeprowadzono coś w rodzaju ewolucyjnego eksperymentu na skróty: maszyna zginała się bardziej lub mniej, szybciej lub wolniej, w różnej kolejności – setki kombinacji.
„Za każdym razem, gdy zmienialiśmy sposób zginania ciała lub sekwencję ruchów, było gorzej – przyznaje Michael Ishida, główny autor badania. – Optymalny wzorzec odpowiadał dokładnie temu, jak poruszają się prawdziwe ryby”. Jakby natura sprawdziła już wszystkie skróty i zostawiła tylko tę jedną, właściwą drogę.
Teraz badacze planują zastosować ten sam aparat do analizy skamieniałości Tiktaalik roseae – słynnej „ryby z łapami”, która jako pierwsza wyszła na ląd ok. 375 mln lat temu. Chcą sprawdzić, czy poruszała się według tego samego schematu, zanim kręgowce – a zatem również ludzie – wykształciły prawdziwe kończyny.
Sięgnij do źródeł
Badania naukowe: The undulating tripod gait as a model of the locomotion of walking fish