Ein neuartiger Roboter hilft, die Evolution der Fortbewegung zu verstehen.
Vor langer, langer Zeit: Der Thüringer Wald im Perm, lange bevor die ersten Dinosaurier auf der Bildfläche erscheinen. Am Ufer eines Gewässers hinterlässt eine Echse ihre Fußabdrücke.
„Dass Fährten versteinern und sich über einen solch langen Zeitraum erhalten, ist an sich noch nichts Ungewöhnliches“, sagt Zoologe und Evolutionsbiologe Dr. John A. Nyakatura. „Doch das wirklich Außergewöhnliche an dieser Spur ist: Wir können sie einem Skelettfund zuordnen. So wissen wir, wie jenes Tier aussah, das seine Fußabdrücke damals im Schlamm hinterließ.“
300 Millionen Jahre später: Postdoktorand Nyakatura macht sich in Jena mit einem Team junger Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern daran, das Bewegungsprinzip der Echse Orobates pabsti zu entschlüsseln. „Mithilfe eines biometrischen Roboters können wir die Fortbewegung […] rekonstruieren. Die Verwendung einer neuartigen Laufmaschine liefert uns dabei nicht nur Erkenntnisse über das untersuchte Exemplar, sondern wir können aus unseren Forschungen auch allgemeingültige Prinzipien zur Evolution der Bewegung bei Landwirbeltieren ableiten.“
Die thüringische Echse ist für die Wissenschaft ein Schlüsselfossil. Warum? Weil sie noch vor der stammesgeschichtlichen Abzweigung von Dinosauriern, Schlangen, Schildkröten und Synapsiden (Urahnen der Säugetiere) steht. Bislang diagnostizierten Paläontologen anhand von erkennbaren Muskelansatzstellen an Skeletten oder den Proportionen von Extremitäten ausgestorbener Tierarten, wie diese sich fortbewegten. Derartige Einschätzungen besaßen oft subjektiven Charakter und waren durch Annahmen beeinflusst.
Nyakaturas Team hingegen integriert bei seiner Untersuchung mehrere neuartige methodische Ansätze. Zunächst werden die Bewegungen verschiedener heute lebender Tiere analysiert. Mit Hilfe einer digitalen Hochgeschwindigkeitsröntgenanlage werden dabei feinste Skelettbewegungen sichtbar.
Ein Rippenmolchweibchens der Gattung Pleurodeles waltl namens Lotte hilft dabei. Sie lebt im Aquarium des Instituts und begleitet das Forschungsprojekt von Beginn an. Sehr genau untersucht wurden ihre motorischen Fähigkeiten. Ihr Bewegungsmuster kann der Salamanderroboter „Pleurobot“ bereits imitieren. Pleurobot wurde von Dr. Konstantinos Karakasiliotis im BioRob Labor der École Polytechnique Fédéral in Lausanne entwickelt. Nyakatura entwickelt gemeinsam mit den Schweizer Kollegen einen neuen Roboter, der exakt die Spuren erzeugt, die auch Orobates vor 300 Millionen hinterließ. „Wir können so durch gezielte experimentelle Veränderungen am neuen Orobates-Roboter Kenntnisse darüber erlangen, welche Bewegungen der Echse überhaupt tatsächlich möglich waren – und welche nicht. Und es lassen sich diejenigen Kräfte messen, die beim Gehen auf den Untergrund übertragen wurden und Drehmomente berechnen, die in den Gelenken wirksam waren.“
Durch die neue interdisziplinäre Kombination verschiedener wissenschaftlicher Methoden sowie durch die exakte Wiederholbarkeit und Abwandlung der Experimente beim den Einsatz des neuen Roboters sind künftig Form-Funktions-Zusammenhänge erkennbar, wie sie bislang nicht möglich waren.
Mehr Fotos zum Forschungsprojekt:
www.daimler-benz-stiftung.de/cms/presse/presse-informationen.html
Quelle und Fotos: http://idw-online.de/de/news581064
Maria