Aujourd'hui, votre chien utilise sa queue pour remuer, pointer et pourchasser en cercle. Mais les queues font bien plus que cela: il y a 360 millions d'années, elles aidaient les premiers marcheurs à effectuer la transition évolutive fatidique de l'eau vers la terre. Dans une nouvelle étude, les chercheurs ont utilisé des robots à la queue trapue conçus pour se déplacer comme des poissons amphibies, afin de montrer que les premiers marcheurs terrestres ont peut-être utilisé leur queue pour naviguer dans des conditions de rivage dangereuses.
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Les résultats, détaillés dans le numéro de cette semaine de la revue Science, pourraient aider à la conception de robots amphibies capables de foncer efficacement sur des surfaces difficiles, telles que le sable qui peut circuler autour des membres et gêner les mouvements. (Il est inutile de préciser que l'étude a été financée en partie par le US Army Research Office et le Army Research Laboratory.)
«La terre n'est pas que du béton dur ou des roches. Il peut s'agir d'un terrain meuble sablonneux et boueux qui coule au contact et le déplacement de ce type de matériaux n'est pas anodin », explique Daniel Goldman, responsable de l'étude, biophysicien de Georgia Tech, spécialiste de la locomotion animale.
Pour mieux comprendre la locomotion des premiers vertébrés terrestres, ou tétrapodes, Goldman et ses collègues ont étudié le mouvement du mudskipper africain, un petit poisson amphibie qui vit dans les zones de marée près du rivage et passe son temps à la fois dans surfaces boueuses. Les mudskippers utilisent leurs nageoires fins pour se promener sur les terres et sont connus pour parfois sauter en frappant la queue.
Les observations de l'équipe ont révélé que la queue du mudskipper n'était utile que de façon marginale pour se déplacer sur des surfaces planes, mais devenait encore plus importante lorsque la créature devait se propulser sur des pentes glissantes.
Pour mieux comprendre comment le mudskipper utilisait ses nageoires et sa queue de concert, les scientifiques ont utilisé une imprimante 3D pour créer un robot imitant certains des mouvements clés de la créature. Plus important encore, le «MuddyBot» peut effectuer une remontée et pousser ses membres antérieurs en arrière - un mouvement appelé «béquille» - et il peut placer sa puissante queue à différents angles sur le sol par rapport à ses membres.
"Ce n'est pas l'appareil le plus glamour", dit Goldman, "mais il est bien contrôlé. Nous utilisons un robot pour faire de la science et, dans ce cas, pour parler de choses qui se sont passées il y a 360 millions d'années. »
Le robot a deux membres et une queue puissante, le mouvement étant assuré par des moteurs électriques. (Rob Felt, Georgia Tech) Comme le mudskipper, le MuddyBot avait besoin d'un coup de pied de queue pour gravir une pente sablonneuse de 20 degrés. La queue était également utile pour l'ancrage. Le robot ne glissait donc pas dans la pente.
«En examinant les robots, nous avons pu mettre en évidence certains des avantages de l’utilisation des queues de concert avec les membres», déclare Goldman. "Pour les matériaux très inclinés en particulier, si vous n'utilisez pas votre queue, vous vous retrouvez vite coincé."
Les résultats sont une étape importante - sans jeu de mots - vers la compréhension des principes mécaniques de la locomotion précoce des tétrapodes et de l’importance des queues en particulier, explique John Nyakatura, biologiste de l’évolution à l’Université Humboldt de Berlin, qui n’a pas participé à l’étude.
"Pendant longtemps, la locomotion des salamandres a été considérée comme le modèle le plus approprié [pour les débuts du mouvement des tétrapodes]", a déclaré Nyakatura, qui a rédigé un article connexe sur les résultats de Science . "Puisque les salamandres n'utilisent pas la queue de cette façon sur des supports difficiles comme des pentes raides et sablonneuses, personne n'a pensé à la queue."
Nyakatura a également salué les méthodes innovantes de l'équipe. «Ce que j'aime dans cet article, c'est qu'il s'appuie sur différentes approches de recherche: robotique, simulations, biomécanique des poissons vivants», explique-t-il. «L'utilisation de la simulation et des robots en particulier offre de grandes possibilités d'inférences fonctionnelles en paléontologie. Ces approches permettent (vous) de faire varier systématiquement les paramètres individuels. Tout l’espace paramétrique peut être exploré, y compris les combinaisons de paramètres que l’on ne peut pas observer chez les animaux vivants. ”
John Hutchinson, professeur de biomécanique de l'évolution à l'Université de Londres, est du même avis. Passer de l'eau à la terre "a été une transition majeure dans l'évolution des vertébrés et a ouvert la voie à tout ce qui s'est passé à terre dans le groupe des vertébrés depuis", explique Hutchinson, qui n'a pas participé à la recherche. "Personne n'a jamais utilisé de robots pour faire la lumière sur cette zone, il sera donc intéressant de voir où cela ira."
