Vom Fossil zum Roboter und zurück
Orobates pabsti Foto: Felix Sattler (HU Berlin)?
Ein internationales Forschungsteam hat in Kooperation der Humboldt-Universit?t zu Berlin (HU) mit der ?cole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) die Bewegung eines frühen Landwirbeltiers erforscht. Die innovative Erforschung von Unsicherheitsfaktoren in der Simulationsstudie sowie ein Roboter-Nachbau des Fossils setzen methodische Ma?st?be und erlauben neue Einblicke in die Biologie des uralten Fossils. Heute wurde die Studie im Fachblatt nature ver?ffentlicht. Eine 3-D-Rekonstruktion des Wirbeltierfossils soll ab Ende 2019 auch in der Ausstellung der HU im Humboldt Forum zu sehen sein.
Erkenntnisse durch Rekonstruktion von Bewegung
John Nyakatura, Erstautor und Zoologe vom Exzellenzcluster ?Bild Wissen Gestaltung. Ein interdisziplin?res Labor“ der HU untersuchte in enger Zusammenarbeit mit dem ?Biorobotics Laboratory“ der EPFL die Fortbewegung des fast 300 Millionen Jahre alten Wirbeltierfossils Orobates pabsti. An der Studie waren darüber hinaus Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler aus Jena, Hamburg und London beteiligt. In einem entscheidenden Schritt der Studie wurde vom Schweizer Biorobotics Labor eine biomimetische Laufmaschine, OroBOT, gebaut, die viele Eigenschaften des Fossils berücksichtigt. Der Roboter demonstriert die simulierten Fortbewegungsmuster und ist in der Lage, die F?hrten des Fossils Orobates zu erzeugen. Mit Hilfe des Roboters konnten verschiedene Bewegungsmuster systematisch getestet und hinsichtlich ihrer Plausibilit?t beurteilt werden. S?mtliche zu Grunde liegende Daten wurden zusammen mit den Ergebnissen ver?ffentlicht.
Orobates pabsti gilt als Schlüsselfossil für das Verst?ndnis der Evolution der Landwirbeltiere. Er ist früher Vertreter einer erfolgreichen Linie von Amniontieren, die zu heutigen S?ugetieren, Reptilien (inklusiver aller ausgestorbenen Flug- und Dinosaurier) und V?geln geführt hat. Für die Studie konnte anhand der Bewegungsrekonstruktion erforscht werden, ob Orobates sich bereits effektiv an Land fortbewegen konnte, was bisher nur für sp?tere Amniontiere angenommen wurde. Dies wurde durch die neue Studie unterstützt, sodass der entscheidende Schritt der Unabh?ngigkeit vom Wasser nun einige Millionen Jahre früher angenommen werden muss.
Prof. Dr. John Nyakatura, Erstautor und Zoologe an der HU: ?Mit Hilfe von High-Speed-R?ntgenvideos und Kraftmessungen von unterschiedlichen Echsen und Salamandern konnten wir zun?chst die Prinzipien der Bewegungsmechanik des Spreizganges untersuchen. Diejenigen mechanischen Eigenschaften, die von den heute lebenden Tieren geteilt wurden, konnten wir für die Rekonstruktion der Bewegung des Fossils zu Grunde legen“.
Erfolgreiche Forschungsergebnisse durch Kooperation der Universit?ten
Die Untersuchung der lebenden Tiere wurde am Institut für Zoologie und Evolutionsbiologie der Universit?t Jena durchgeführt, die über eine der seltenen Hightech-Einrichtungen verfügt. Ein detailliertes 3-D Modell des fossilen Skeletts wurde hinsichtlich der zuvor erforschten Bewegungsprinzipien heutiger Tiere in Zusammenarbeit mit den Hamburger Wissenschaftsillustratoren Jonas Laustr?er und Amir Andikfar animiert, sodass es in den fossil erhaltenen Fu?spuren laufen konnte. ?Diese Animation ist keine fertige Idee der Fortbewegung, sondern, ganz im Gegenteil, ein neuartiges Forschungswerkzeug, das uns hilft, verschiedene Variablen der Fortbewegung systematisch durchzuspielen und deren Plausibilit?t zu beurteilen“, erl?utert Nyakatura. Die intensive Zusammenarbeit von Gestaltungsdisziplinen und Wissenschaften ist Programm des Berliner Exzellenzclusters sowie der Forschung von Prof. Nyakatura an der HU.
Weitere Erkenntnisse zur Einsch?tzung der Plausibilit?t der Bewegungsrekonstruktion des Fossils wurden durch eine dynamische Simulation gewonnen. Wissenschaftler der Biorobotics Gruppe in Lausanne optimierten den Bewegungsablauf hinsichtlich von Kriterien, die auch bei heutigen Tieren beobachtet werden k?nnen.
Die erforschten Daten k?nnen auf einer Webseite interaktiv manipuliert werden, wodurch Auswirkungen auf die Bewegung für interessierte Nutzer zug?nglich gemacht werden.
An der Studie waren folgende Institutionen beteiligt:
- Institut für Biologie, Humboldt-Universit?t zu Berlin, Berlin, Deutschland.
- Bild Wissen Gestaltung. Ein interdisziplin?res Labor, Humboldt Universit?t zu Berlin, Berlin, Deutschland.
- Biorobotics Laboratory, ?cole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL), Lausanne, Schweiz.
- Structure & Motion Laboratory, Department of Comparative Biomedical Sciences, The Royal Veterinary College, North Mymms, Gro?britannien.
- Fakult?t Design, Medien und Information, Department Design, 三亿体育·(中国)官方网站 für Angewandte Wissenschaften, Hamburg, Deutschland.
- Institut für Zoologie und Evolutionsforschung mit Phyletischem Museum, Ernst-Haeckel-Haus und Biologiedidaktik, Friedrich-Schiller-Universit?t Jena, Jena, Deutschland
- Knowledge Visualisation, Zürcher 三亿体育·(中国)官方网站 der Künste, Zurich, Schweiz.
Weitere 三亿体育·(中国)官方网站
Referenz zur Studie: Nyakatura, JA et al. 2019. Reverse-engineering the locomotion of a stem amniote. Nature 565, 351–355
三亿体育·(中国)官方网站 zur Studie, inklusive einem ?media kit“ auf der Webseite der ?cole Polytechnique Fédérale de Lausanne – EPFL, Schweiz:?Interaktive?Webseite der Studie
Medien zum Thema
Nature, Volume 565 Issue 7739, 17 January 2019: Robotic palaeontology
Tagesspiegel: Laufende Zeitmaschine, made in Berlin
National Geographic: Ancient animal walked tall, surprising scientists
Wired: A Crocodile-Like Robot Helps Solve a 300-Million-Year Mystery
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Prof. Dr. John Nyakatura
Institut für Biologie, Humboldt-Universit?t zu Berlin
Exzellenzcluster ?Bild Wissen Gestaltung. Ein interdisziplin?res Labor“
Tel.: 030 2093-6726
john.nyakatura@hu-berlin.de
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Dr. Kamilo Melo
Biorobotics Laboratory
?cole Polytechnique Fédérale de Lausanne – EPFL, Switzerland
Tel.: +41-797179371
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Jens Wagner
Pressereferent
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Tel.: 030 2093-2275/-12859
jens.wagner@hu-berlin.de