Robot-ryba pokazał, jak pierwsze kręgowce wyszły na ląd. To przełom w ewolucji

„Wygląda to jak pływająca ryba wyrzucona na ląd” – mówi dr Michael Ishida z University of Cambridge, główny autor badania opublikowanego w Nature Communications. I rzeczywiście, stworzony przez jego zespół robot-ryba porusza się niezdarnie, jakby bezładnie podrygiwał. Ale właśnie ten pozornie chaotyczny ruch okazuje się jednym z najstarszych i najbardziej uniwersalnych rozwiązań ewolucyjnych, jakie pozwoliły kręgowcom opuścić środowisko wodne.

Jak ryba chodzi po lądzie?

→ Czytaj też: Oceaniczny efekt motyla: nawet kilkucentymetrowe wiry zmieniają klimat w ciągu dekady

Naukowcy od dawna wiedzieli, że niektóre współczesne ryby – jak wielopłetwce, ryby dwudyszne, sumy, głowacze czy wężogłowy – potrafią przemieszczać się po suchym gruncie. Jednak dopiero teraz udało się wskazać wspólne zasady lokomocji łączące wiele różnych gatunków. Kluczem okazał się „falujący chód trójpodporowy” – prosty mechanizm, w którym ryba napędza ciało do przodu za pomocą ogona, a przednich płetw używa jako podpór. To tak, jakby przenieść ruch pływacki na ląd i dodać mu stabilności.

„Jeśli potrafisz chodzić po lądzie, a twój drapieżnik tego nie umie, możesz uciec i liczyć na to, że drapieżnik pójdzie dalej. Masz też możliwość przemieszczania się z jednego płytkowodnego środowiska do drugiego, na przykład między kałużami pływowymi” – wyjaśnia dr Ishida.

Od modelu komputerowego do fizycznego robota

→ Czytaj też: Opioid bez ryzyka uzależnienia? Jedna zmiana w cząsteczce zmienia wszystko

Zespół z Cambridge najpierw stworzył model komputerowy oparty na ruchach wielopłetwca Polypterus senegalensis oraz kilku innych chodzących ryb. Następnie zbudowano fizycznego robota-rybę, aby przetestować wyniki. I tu pojawiła się niespodzianka: najwydajniejszy sposób poruszania się, jaki wygenerował model, niemal idealnie odpowiadał rzeczywistym ruchom żywych ryb. „Testowaliśmy na robocie najróżniejsze sposoby chodzenia i każdy inny, którego próbowaliśmy, był wolniejszy” – relacjonuje badacz. „Za każdym razem, gdy zmienialiśmy sposób wyginania ciała albo kolejność tych wygięć, wynik był gorszy”.

Ewolucyjna przewaga bez wyspecjalizowanych kończyn

Odkrycie pokazuje, że wiele niespokrewnionych ze sobą gatunków niezależnie wykształciło ten sam podstawowy sposób chodzenia na lądzie. To dowód na ewolucyjną zbieżność – różne linie rozwojowe doszły do tego samego rozwiązania, bo jest ono optymalne. Ruch ten pojawił się u ryb od afrykańskich dwudysznych po opancerzone sumy. Co więcej, może pomóc w zrozumieniu, w jaki sposób kręgowce po raz pierwszy przeszły z wody na ląd – jedno z najważniejszych wydarzeń w historii życia na Ziemi.

Naukowcy twierdzą, że ich metodę można zastosować także do badania kopalnych ryb, takich jak tiktaalik – ważne ogniwo w przejściu od życia w wodzie do życia na lądzie. Połączenie modelowania komputerowego i robotyki mogłoby pomóc ustalić, w jaki sposób te pradawne gatunki po raz pierwszy zaczęły chodzić po lądzie. To otwiera nowy rozdział w paleontologii eksperymentalnej.

Co dalej z robotycznymi rybami?

Badanie opublikowane w Nature Communications to nie tylko krok w stronę zrozumienia ewolucji. To także dowód na to, że robotyka może być potężnym narzędziem w rękach biologów. Zamiast polegać wyłącznie na skamieniałościach i obserwacjach, naukowcy mogą teraz odtwarzać ruchy dawno wymarłych stworzeń i testować hipotezy w kontrolowanych warunkach. Być może już wkrótce robot-ryba pomoże odpowiedzieć na pytanie, które nurtuje paleontologów od dziesięcioleci: jak dokładnie wyglądał pierwszy krok kręgowca na lądzie?