Рыба-робот доказала эволюционную необходимость хвоста

Учёные из нескольких исследовательских университетов США провели ряд биологических и робототехнических экспериментов, а также инженерных расчётов, чтобы оценить, что помогало первым позвоночным обитателям суши передвигаться по сыпучим и наклонным поверхностям. Согласно результатам этих испытаний, преодолевать склоны и перемещаться по субстрату первым земноводным помогал хвост. Конечности таких животных, как известно, были ещё слабо развиты и не могли обеспечить эффективную локомоцию. Статья опубликована в Science.

Первыми позвоночными, освоившими сушу, были земноводные. Они произошли от рыб, имевших слаборазвитые лёгкие и мощные мясистые плавники, примерно 380 миллионов лет назад . Предполагается, что такие рыбы жили в пересыхающих водоёмах, которых в то время на Земле было особенно много. Чтобы перебраться из одного такого водоёма в другой по песку и грязи, предки земноводных, вероятно, использовали свои плавники, хотя эти конечности были не слишком приспособлены для перемещений по суше. В современном мире похожий образ жизни ведёт рыба илистый прыгун. Учёные в течение длительного времени записывали на видео её перемещения по сыпучему субстрату (песку) под различным уклоном и анализировали, какие части тела рыба при этом использует для передвижения. Как выяснилось, при перемещении по горке сухого песка илистый прыгун активно помогает себе волнообразными движениями хвоста.
Похожий эксперимент провели с механической моделью предка земноводного (её назвали MuddyBot). В отличие от живого илистого прыгуна, модели можно было включить или выключить хвостовую часть и измерить эффективность её перемещения в различных режимах. (Кроме того, илистые прыгуны дышат жабрами, а следовательно, могут находиться на сухом песке лишь ограниченное время, в отличие от робота.) Чем больше был угол наклона песчаной поверхности, тем медленнее передвигалась модель с отключенным хвостом.
Наконец, математическое моделирование перемещений робота и живых рыб дали количественную оценку вклада хвоста в передвижения по холмам из песка и грязи, которые почти наверняка часто попадались на пути первым земноводным и их непосредственным предкам. Результаты всех экспериментов и моделирования указали на то, что хвост заметно облегчает передвижение по суше животным с недоразвитыми конечностями. Так что, вероятно, именно наличие мощного хвоста когда-то дало позвоночным возможность освоить новую для себя среду обитания.