Tím vedený University of Cambridge vyvinul rybí robot a spojil ho s počítačovými modelmi, aby zistil, ako niektoré dnešné ryby dokážu chodiť po súši. Výsledok ukazuje, že viaceré navzájom nepríbuzné druhy si nezávisle osvojili rovnaký základný spôsob pohybu: jednoduchú „chôdzu“, ktorá v podstate pripomína plávanie prenesené na pevninu. Práve tento princíp by mohol pomôcť vysvetliť, ako sa podobný pohyb objavil aj u dávnych predkov stavovcov pri prechode z vody na súš.
Snímka zobrazuje: Robot fish could help explain how our ancient ancestors first learned to walk.
Vedci tento vzorec označujú ako undulating tripod gait, teda zvlnený trojbodový krok. Na pohľad pôsobí neobratne, no podľa autorov ide o mechanicky jednoduché a zrejme veľmi staré riešenie. Ryba sa pri ňom opiera o predné plutvy alebo hlavu a chvostom posúva telo dopredu okolo oporného bodu.
Výskumníci zistili, že tento typ pohybu sa znovu objavuje u rôznych nesúvisiacich skupín rýb, od afrických dvojdyšných rýb až po panciernikovitých sumcov. Práve to z neho robí presvedčivý príklad konvergentnej evolúcie: podobná schopnosť sa vyvinula opakovane, aj keď jednotlivé druhy nemajú blízky spoločný pôvod.
Autori upozorňujú, že jednotlivé „chodiace“ ryby sú síce známe už dlhšie, no až teraz sa podarilo identifikovať spoločné princípy pohybu naprieč viacerými druhmi. To je dôležité aj preto, že prechod stavovcov z vody na súš patrí k najvýznamnejším udalostiam v dejinách života na Zemi. Ak sa ukáže, že takýto pohyb vzniká ľahko a opakovane z jednoduchého mechanického základu, môže to napovedať, akými krokmi sa podobná zmena odohrávala aj v hlbokej minulosti.
Na praktickej úrovni to znamená, že ryba nepotrebuje špecializované končatiny, aby sa dokázala krátko pohybovať mimo vody. Podľa autorov je to evolučná výhoda napríklad pri úniku pred predátorom alebo pri presune medzi plytkými vodnými prostrediami, napríklad medzi prílivovými mlákami.
Vedúci autor Michael Ishida z Department of Engineering na University of Cambridge spolupracoval s biológmi aj paleontológmi. Cieľom bolo preskúmať, ako moderné ryby chodia, a či sa tieto poznatky dajú využiť aj pri úvahách o tom, ako dávne ryby zvládli prvý prechod na pevninu.
Výskum sa začal počítačovým modelom založeným na pohyboch druhu Polypterus senegalus, africkej ryby známej aj ako bichir, a ďalších rýb schopných pohybu po súši. Model ukázal podobné spôsoby lokomócie u viacerých odlišných druhov. Keď potom vedci postavili fyzického rybieho robota a otestovali na ňom rôzne vzorce pohybu, ako najúčinnejší sa opäť ukázal práve ten, ktorý sa zhodoval s pohybom bichira aj s výsledkami simulácie.
Podľa Ishidu boli všetky ostatné testované spôsoby pomalšie. Keď výskumníci menili ohyb tela alebo poradie pohybov, výsledok sa zhoršil. Práve zhoda medzi simuláciou, robotom a skutočnými rybami patrí k najzaujímavejším častiam práce: naznačuje, že tento neokázalý štýl pohybu môže byť jednoducho jedným z najvýhodnejších riešení, keď sa rybie telo ocitne na súši.
Výsledky vyšli v časopise Nature Communications. Autori zároveň naznačujú, že podobné spojenie robotiky a počítačového modelovania by sa v budúcnosti mohlo využiť aj pri výskume fosílnych rýb, napríklad Tiktaalik, ktorá je dôležitým článkom v príbehu prechodu zo života vo vode na život na súši.
Čo je zvlnený trojbodový krok
Tento typ pohybu vychádza z veľmi jednoduchého princípu.
Predná časť tela vytvorí oporu a zadná časť s chvostom vytlačí telo dopredu. Nejde teda o chôdzu v zmysle, aký poznáme u štvornohých živočíchov, ale skôr o presunutie plaveckého pohybu do prostredia, kde už telo nenesie voda. Práve preto môže takýto pohyb vyzerať kostrbato, no mechanicky dáva zmysel.
V širšom biologickom kontexte je dôležité, že takýto spôsob lokomócie nevyžaduje zložitú prestavbu tela. Ak organizmus už vie vlniť telo a aspoň obmedzene sa zaprieť prednou časťou, môže získať základnú schopnosť pohybu po pevnom podklade. To je aj dôvod, prečo sa podobné riešenie mohlo objaviť opakovane.
Prečo sa rovnaký pohyb objavuje u nepríbuzných rýb
Autori práce opisujú tento jav ako pravdepodobný príklad konvergentnej evolúcie. To znamená, že rôzne evolučné vetvy dospeli k podobnému riešeniu samostatne, pretože čelili podobnému problému. V tomto prípade ide o otázku, ako sa krátko pohybovať po súši bez skutočných nôh.
Takéto opakované objavenie rovnakého princípu je pre výskumníkov cenné. Naznačuje totiž, že nejde o náhodnú zvláštnosť jedného druhu, ale o všeobecnejšie mechanické riešenie. Inými slovami, keď má ryba určité telesné možnosti a ocitne sa v podobnej situácii, evolúcia môže opäť siahnuť po tom istom základe.
Ako pomohol robotický model
Robot v tomto výskume neslúžil ako atrakcia, ale ako nástroj na overenie hypotézy. Počítačový model síce vie naznačiť, ktorý pohyb by mal fungovať, no fyzický robot umožní otestovať, ako sa takýto vzorec správa v praxi. Vedci na ňom skúšali rôzne spôsoby ohybu tela a poradia pohybov.
Práve toto porovnanie ukázalo, že najúčinnejší bol rovnaký princíp, aký vidno u skutočných rýb. Všeobecne platí, že podobné spojenie modelovania a robotiky pomáha odlíšiť pohyby, ktoré sú len teoreticky možné, od tých, ktoré sú aj funkčne výhodné. V tomto prípade sa oba prístupy zhodli.
Prečo je to dôležité pre dejiny života na Zemi
Prechod stavovcov z vody na súš patrí medzi kľúčové evolučné zmeny. Zdroj nehovorí, že nový robotický model tento príbeh definitívne vysvetlil. Ukazuje však vierohodný mechanický scenár, ako mohol vyzerať jeden z raných krokov: nie okamžitý vznik dokonalej chôdze, ale jednoduchý, opakovane dosiahnuteľný pohyb, ktorý využíva už existujúce vlastnosti rybieho tela.
To je dôležité aj pre interpretáciu fosílií. Kosti samy osebe nemusia vždy prezradiť celý spôsob pohybu. Ak sa k nim pridá modelovanie a robotické testovanie, vedci môžu lepšie odhadnúť, aké typy lokomócie boli pri konkrétnych telesných stavbách realistické.
Čo zatiaľ zostáva otvorené
Výskum nehovorí, že všetky ryby pohybujúce sa po súši používajú úplne totožnú stratégiu za všetkých okolností. Ukazuje skôr spoločný základný vzorec naprieč viacerými druhmi. Otvorené preto zostáva, do akej miery sa tento princíp mení podľa prostredia, stavby tela alebo konkrétnej evolučnej línie.
Rovnako platí, že pri dávno vyhynutých druhoch môžu vedci pracovať len s nepriamymi dôkazmi. Autori preto hovoria o budúcom využití metódy pri fosílnych rybách, ako je Tiktaalik, opatrne. Robotika a simulácie by mohli pomôcť spresniť predstavy o prvých krokoch na súši, no definitívne odpovede budú stále závisieť od toho, aké fosílne a anatomické údaje budú k dispozícii.
Na poskytovanie tých najlepších skúseností používame technológie, ako sú súbory cookie na ukladanie a/alebo prístup k informáciám o zariadení. Súhlas s týmito technológiami nám umožní spracovávať údaje, ako je správanie pri prehliadaní alebo jedinečné ID na tejto stránke. Nesúhlas alebo odvolanie súhlasu môže nepriaznivo ovplyvniť určité vlastnosti a funkcie.
Funkčné
Vždy aktívny
Technické uloženie alebo prístup sú nevyhnutne potrebné na legitímny účel umožnenia použitia konkrétnej služby, ktorú si účastník alebo používateľ výslovne vyžiadal, alebo na jediný účel vykonania prenosu komunikácie cez elektronickú komunikačnú sieť.
Predvoľby
Technické uloženie alebo prístup je potrebný na legitímny účel ukladania preferencií, ktoré si účastník alebo používateľ nepožaduje.
Štatistiky
Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na štatistické účely.Technické úložisko alebo prístup, ktorý sa používa výlučne na anonymné štatistické účely. Bez predvolania, dobrovoľného plnenia zo strany vášho poskytovateľa internetových služieb alebo dodatočných záznamov od tretej strany, informácie uložené alebo získané len na tento účel sa zvyčajne nedajú použiť na vašu identifikáciu.
Marketing
Technické úložisko alebo prístup sú potrebné na vytvorenie používateľských profilov na odosielanie reklamy alebo sledovanie používateľa na webovej stránke alebo na viacerých webových stránkach na podobné marketingové účely.
