Van ongeveer 245 tot 66 miljoen jaar geleden, dinosaurussen zwierven over de aarde. Hoewel goed bewaarde skeletten ons een goed idee geven van hoe ze eruit zagen, de manier waarop hun ledematen werkten, blijft een groter mysterie. Maar computersimulaties kunnen binnenkort een realistisch beeld geven van hoe sommige soorten zich bewogen en informeren over werk in gebieden zoals robotica, protheses en architectuur.

John Hutchinson, een professor in evolutionaire biomechanica van het Royal Veterinary College in Hertfordshire, VK, en zijn collega's onderzoeken de voortbeweging van de vroegste, kleine dinosaurussen, als onderdeel van het vijf jaar durende Dawndinos-project dat in 2016 van start ging.

"Deze dinosaurussen zijn enorm verwaarloosd, "Zei Prof. Hutchinson. "Mensen, waaronder ik, hebben meestal de beroemde dinosaurussen bestudeerd, zoals: T. rex ."

Ongeveer 225 miljoen jaar geleden, tijdens het late Trias, deze kleine dinosaurussen waren in de minderheid, terwijl de grotere krokodilachtige dieren die naast hen leefden talrijker en diverser waren. Dinosaurussen gingen op de een of andere manier gedijen, terwijl de meeste andere dieren uit die periode uitstierven.

Vergeleken met hun viervoeter, zwaargebouwde tijdgenoten, wat opvalt aan deze vroege dinosaurussen is dat ze een rechtopstaande houding hadden en konden, althans met tussenpozen, lopen op twee ledematen. Een theorie is dat hun manier van voortbewegen hen een overlevingsvoordeel gaf.

"Het idee van dit project is om dat idee te testen, " zei prof. Hutchinson.

Het team is begonnen met het ontwikkelen van computersimulaties om te schatten hoe 11 verschillende soorten uitgestorven archosauriërs - de groep dieren waaronder krokodillen, vogels, hun familieleden en dinosaurussen – misschien zijn verhuisd. Ze zullen zich concentreren op vijf verschillende soorten beweging:lopen, rennen, draaien, springen en staan.

Simulaties

Om te testen of hun simulaties nauwkeurig zijn, de onderzoekers zijn van plan om dezelfde behandeling te geven aan hun levende familieleden - krokodillen en vogels - ook. Vervolgens vergelijken ze de resultaten met werkelijke bewegingsmetingen om te bepalen hoe goed hun computermodellen van uitgestorven dieren zijn.

"Het zal de eerste keer zijn dat we de waarheid gronden (testen met empirisch bewijs) deze methoden zeer rigoureus met de best mogelijke gegevens die we kunnen krijgen, " zei prof. Hutchinson.

Tot dusver, ze hebben de beweging van een gemodelleerd Mussaurus – een vroege neef van gigantische plantenetende sauropod-dinosaurussen zoals Brontosaurus . De Mussaurus was veel kleiner en onderzoekers wilden zien of het net als zijn grotere verwanten op vier poten bewoog. De eerste reconstructies van het dier hadden het op vier poten omdat het vrij grote armen had, zei prof. Hutchinson.

Met behulp van scans van goed bewaarde fossielen uit Argentinië, ze waren in staat om nieuwe modellen van zijn beweging te produceren. Prof. Hutchinson en zijn team ontdekten dat het in feite tweevoetig was. Hij had niet op vier poten kunnen lopen, aangezien de handpalmen van zijn voorste ledematen naar binnen waren gericht en de onderarmgewrichten niet naar beneden konden draaien. Daarom, het zou zijn voorpoten niet op de grond hebben kunnen planten.

"Pas toen we de botten samenvoegden in een 3D-omgeving en probeerden te spelen met hun bewegingen, werd het ons duidelijk dat dit geen dier was met zeer mobiele armen en handen, " zei prof. Hutchinson.

Robotica

De simulaties die tijdens het project zijn geproduceerd, kunnen nuttig zijn voor zoölogen. Maar ze kunnen ook minder voor de hand liggende toepassingen hebben, bijvoorbeeld, helpen om de manier waarop robots bewegen te verbeteren, volgens prof. Hutchinson.

Nauwkeurige modellen zijn nodig om de beweging van dieren te repliceren, waar robotica-onderzoekers vaak inspiratie uit halen. Het nabootsen van een krokodil, bijvoorbeeld, zou interessant kunnen zijn om een ​​robot te maken die zowel kan zwemmen als lopen op het land.

Prof. Hutchinson wordt ook regelmatig benaderd door film- en documentairemakers die zijn simulaties willen gebruiken om realistische animaties te maken. "Het is moeilijk om groter te maken, of ongebruikelijk, dieren bewegen correct als de fysica niet klopt, " zei prof. Hutchinson.

Het begrijpen van de voortbeweging van de allergrootste dinosaurussen is het doel van een project dat wordt uitgevoerd door paleobiologie-onderzoeker Alexandra Houssaye en haar collega's van het Franse Nationale Centrum voor Wetenschappelijk Onderzoek en het Nationaal Natuurhistorisch Museum in Parijs. Via hun Gravibone-project, die vorig jaar begon, ze willen de botaanpassingen van de ledematen vastpinnen waarmee grote dieren een zwaar skelet kunnen dragen.

"We willen echt begrijpen wat (botkenmerken) zijn gekoppeld aan massief zijn, ' zei dokter Houssaye.

Massief

Tot dusver, onderzoek heeft aangetoond dat de lange botten in de ledematen van grotere dieren robuuster zijn dan die van kleinere dieren. Maar deze algemene trend is slechts oppervlakkig waargenomen. De buitenste en binnenste botstructuren zijn in de loop van de tijd aangepast om het gewicht van de dieren te ondersteunen. Bijvoorbeeld, overwegende dat kleinere landdieren holle ledematen hebben, enorme zoals olifanten, neushoorns en nijlpaarden hebben bindweefsel in het midden.

Onder de grootste dieren en hun voorouders zijn er ook andere verschillen. De ledematen van moderne neushoorns, bijvoorbeeld, zijn kort en zwaar. Maar hun prehistorische familieleden belden... Indricotherium , het grootste landzoogdier dat ooit heeft geleefd, had een minder gedrongen skelet. "Het is interessant om te zien dat de grootste niet de meest massieve (frame) had, ' zei dokter Houssaye.

Het team bestudeert zowel levende als uitgestorven dieren, gericht op olifanten, neushoorns, nijlpaarden, prehistorische zoogdieren en dinosaurussen zoals sauropoden - een groep die de grootste landdieren aller tijden omvat.

Tot dusver, ze hebben de enkelbotten van paarden vergeleken, tapirs, neushoorns en fossielen van de voorouders van neushoorns. Ze ontdekten dat er voor dieren met dezelfde massa verschillen waren, afhankelijk van of ze kort en stevig waren of langere ledematen hadden. Bij minder gedrongen dieren, de twee enkelbotten hadden de neiging om meer te onderscheiden, terwijl ze sterker verbonden waren in degenen die massaal waren gebouwd, waarschijnlijk om de articulatie te versterken.

"Het is niet alleen de massa (van het dier), maar ook hoe de massa over het lichaam wordt verdeeld, " zei Dr. Houssaye. "Voor ons was dat interessant."

3D-modellering

Hun volgende stap zal zijn om verschillende ledematenbotten te scannen en hun innerlijke structuur te analyseren. Ze zullen ook 3D-modellering gebruiken om erachter te komen hoeveel gewicht verschillende delen van de botten op verschillende plaatsen aankunnen, bijvoorbeeld.

De resultaten van het project kunnen helpen bij het maken van efficiëntere protheses voor mens en dier, zei Dr. Houssaye. Ontwerpers zullen beter kunnen begrijpen hoe verschillende kenmerken van ledematenbotten, zoals dikte en oriëntatie, betrekking hebben op hun kracht, waardoor ze materialen kunnen maken die lichter maar resistenter zijn.

evenzo, Dr. Houssaye heeft ook belangstelling van de bouwsector, die op zoek is naar nieuwe soorten materialen en effectievere bouwtechnieken. Pijlers die zware gebouwen ondersteunen, bijvoorbeeld, kunnen worden gemaakt met minder materiaal door in plaats daarvan hun interne structuur te verbeteren.

"Hoe een skelet zich aanpast (aan zwaar gewicht) heeft gevolgen voor de constructie, "Dr. Houssaye zei. '(Architecten) proberen structuren te creëren die in staat zijn om zwaar gewicht te dragen."