Cambridge-Roboter entlarvt evolutionären Forschungsfrage

Zudem soll das Gerät helfen zu verstehen, welche Mechanismen es bestimmten Fischarten heute noch ermöglichen, sich an Land fortzubewegen. Die Entwicklung des Roboters basierte auf einer Kombination aus computergestützten Simulationen, der Beobachtung natürlicher Fischpopulationen und der eigenen Konstruktion der Forscher.

Aus diesen Daten heraus entwickelten sie eine grundlegende Theorie, die besagt, dass eine Vielzahl nicht verwandter Fischarten unabhängig voneinander denselben Bewegungsablauf erarbeitet haben. Dieser Gang imitiert im Wesentlichen eine Schwimmbewegung, die nun auf dem Festboden angewendet wird.

Die „wellenförmiges Dreibein-Gang" (undulating tripod gait) bezeichnete Fortbewegungsart wirkt auf den ersten Blick ungeschickt und ist mit starkem Wuchten verbunden.

Das Team betont jedoch, dass es

Das Team betont jedoch, dass es sich hierbei um eine der ältesten und einfachsten Lösungen der Natur handelt, um Raubtieren zu entkommen oder Lebensräume zu wechseln, ohne auf spezialisierte Gliedmaßen angewiesen zu sein.

Die Methode ist dabei simpel: Der Fisch bewegt sich mit dem Schwanz vorwärts und nutzt die vorderen Flossen sowie den Kopf zur Stabilisierung. Dieses Phänomen wurde bei einer breiten Artenvielfalt beobachtet, darunter afrikanische Lungenfische und gepanzerte Welse.

Die zusätzliche Fähigkeit, sich auf dem Land fortzubewegen, stellt einen klaren evolutionären Vorteil dar, der das Überleben sichert und die Ausdehnung des Reviers ermöglicht. In der Vergangenheit konzentrierten sich Studien zu wandernden Fischen meist auf einzelne Arten.

Was die Studie zeigt

Die aktuellen Forscher heben hervor, dass dies der erste Nachweis ist, der einheitliche Prinzipien der Fortbewegung bei mehreren, evolutionär weit entfernten Arten identifiziert. Dr.

Michael Ishida vom Department of Engineering der Universität Cambridge, der leitende Autor der Studie, erläutert die Vorteile dieser Fähigkeit: „Wenn Sie die Fähigkeit haben, an Land zu laufen, und Ihr Räuber dies nicht, dann können Sie entkommen, und hoffentlich zieht sich der Räuber zurück." Zudem ermöglicht dieser Gang den Wechsel zwischen flachen Gewässern, etwa zwischen Gezeitentümpeln.

Dieses Beispiel für konvergente Evolution, bei dem verschiedene Arten unabhängig ähnliche Fähigkeiten entwickeln, liefert zudem wertvolle Hinweise darauf, wie die ersten Wirbeltiere den Übergang vom Wasserleben zum Leben an Land vollzogen haben.

Technik und Auswirkungen

Zunächst erstellten die Wissenschaftler ein Computermodell, das auf der Fortbewegung des grauen Bichirs – einer in Afrika heimischen Art – sowie anderer fischartiger Landläufer basiert. Das Modell zeigte, dass mehrere Arten ähnliche Bewegungsabläufe aufweisen. „Wir haben immer wieder diese wiederkehrende Art, obwohl sie sehr primitiv ist", so Ishida.

Er fügte hinzu, dass viele verschiedene Fischarten, die sich über den gesamten evolutionären Baum verteilen und nicht eng miteinander verwandt sind, diesen Gang nutzen. „Es handelt sich um eine so einfache Bewegung, die aus wiederkehren kann." Ishida, Ingenieur im Labor, erklärte den Mechanismus weiter: Ein schwimmender Fisch nutzt seinen Körper, um sich durch das Wasser zu bewegen. „Wenn man das auf Land bringt und ihm die Fähigkeit verleiht, seine vorderen Flossen zu schieben, tut er genau das." Um die Ergebnisse zu validieren, entwarf das Team einen physischen Roboterfisch.

Dabei stellten sie fest, dass die effizienteste Bewegung diejenige war, die den Bewegungen des Bichirs sowie den Simulationen am nächsten kam. „Wir haben alle möglichen Gangarten am Roboter ausprobiert, und jede andere Gangart war langsamer", berichtete Ishida. „Jedes Mal, wenn wir die Art der Körperbiegung oder die Reihenfolge der Biegungen änderten, war das Ergebnis schlechter." Es war überraschend, dass das optimale Gangmuster sowohl in der Simulation als auch am Roboter exakt mit dem tatsächlich übereinstimmte.

Technik und Auswirkungen

Als nächster Schritt plant das Team, das Modell an fossilen Fischen wie Tiktaalik zu testen. Tiktaalik gilt als ein wichtiges Übergangslebewesen bei der Wandlung vom Wasser zum Land. Die Kombination aus computergestützter Modellierung und Robotik könnte somit dazu beitragen, zu ermitteln, wie diese uralten Arten erstmals das Festland eroberten.

Die Ergebnisse der Studie wurden in der Fachzeitschrift Nature Communications veröffentlicht.