Международная группа исследователей под руководством Кембриджского университета раскрыла механику одного из ключевых этапов эволюции – выхода живых организмов из воды на сушу. С помощью робототехники, компьютерного моделирования и биологических экспериментов ученые доказали, что древние рыбы освоили эффективные способы перемещения по твердой поверхности еще до появления полноценных конечностей. Физические ограничения внешней среды заставили эволюционно далекие виды выработать идентичные двигательные паттерны.
В основу исследования легли наблюдения за современными видами, способными временно покидать водную среду, в частности за сенегальским многопером (Polypterus senegalus). Выяснилось, что при движении по суше рыбы используют так называемую волнистую трехопорную походку. В качестве передней точки опоры выступает голова или грудные плавники, в то время как хвост создает необходимый для продвижения вперед толчок. Компьютерный анализ показал, что такая координация является наиболее энергоэффективным решением для организмов без специализированных конечностей.
Для проверки этой гипотезы инженеры создали робота, детально воспроизводящего биомеханику исследуемых видов. Эксперименты с роботом подтвердили, что любое отклонение от естественной траектории движения рыб приводило к резкому снижению скорости и росту энергозатрат. Это свидетельствует о том, что законы физики жестко ограничили число возможных вариантов передвижения по суше, предопределив направление эволюции древних позвоночных.
Полученные данные позволяют по-новому взглянуть на палеонтологические находки, включая окаменелости тиктаалика (Tiktaalik) – переходной формы между рыбами и наземными позвоночными, жившей около 375 миллионов лет назад. Использование робототехники доказывает, что способность передвигаться по суше сформировалась до того, как плавники трансформировались в лапы. Данный эволюционный шаг позволял древним организмам спасаться от хищников в мелководных водоемах и осваивать новые источники пищи в условиях меняющейся экосистемы девонского периода.
