Les paléontologues sont confrontés à un dilemme constant. Les organismes qui inspirent leur attention scientifique sont morts depuis longtemps, impossible à regarder dans la vie. Les solutions de science-fiction telles que ramener des espèces d'extinction ou un voyage dans le temps ne sont pas disponibles. Mais en combinant des fossiles exceptionnels avec la robotique, une équipe de chercheurs a reconstitué la façon dont l'un de nos parents éloignés, semblables à un lézard, marchait grand.
Un couple fortuit de fossiles a fourni un point de départ. À première vue, le pabsti Orobates, vieux de 300 millions d'années, pourrait ressembler à un gros lézard. En réalité, cet animal de la période du Permien est ce que les experts connaissent sous le nom de tige amniote - un vertébré faisant partie de la lignée évolutive entre les amphibiens, qui se reproduisent dans l'eau, et le dernier ancêtre commun des mammifères et des reptiles, qui pondent sur la terre ferme. . Et ce qui distingue Orobates, c’est que des squelettes fossiles de cet animal ont été retrouvés avec des traces que les créatures ont créées dans la vie.
La combinaison de squelettes et de traces faite par Orobates est exceptionnellement rare dans les archives fossiles. La plupart des pistes sont dépourvues d'os, ce qui rend difficile de dire exactement quelle espèce a fait l'empreinte. Orobates est une exception, permettant de relier directement l'anatomie du squelette à la marche de l'animal.
OroBOT se dirigeant vers la caméra. (Tomislav Horvat / Kamilo Melo / EPFL Lausanne) «Il s’agit d’une association très rare de fabricants de pistes, particulièrement en raison de l’âge des fossiles», déclare John Nyakatura, expert en biomécanique à l’Université Humboldt de Berlin. La découverte du squelette et des pistes représente une opportunité excitante pour les paléontologues, car Orobates se trouve à un tournant important de l'histoire de l'évolution de la vie. "Les Orobates peuvent être considérés comme un fossile essentiel pour la compréhension de l'évolution des vertébrés, car il s'agit d'un cousin très proche des derniers ancêtres communs des mammifères, des reptiles et des oiseaux", déclare Nyakatura. Orobates représente donc les créatures situées entre les premiers vertébrés à se traîner sur la terre ferme et les animaux semblables à des lézards qui menaient une vie terrestre à temps plein.
Dans une nouvelle étude de Nature, Nyakatura et ses collègues ont combiné des fossiles, des études d'animaux vivants et du matériel informatique pour construire une réplique robotique d' Orobates, appelée OroBOT. Avec un robot qui marchait pour suivre cet animal longtemps éteint, les chercheurs ont été en mesure «d'ouvrir la boîte noire de l'inférence», explique Nyakatura, et de déterminer la manière la plus probable de déplacement d' Orobates .
Les experts en biomécanique ont déjà utilisé cette approche auparavant. Le Pleurobot, conçu pour étudier le mouvement des salamandres, a démontré que la robotique peut fournir des informations sur l'anatomie des êtres vivants. OroBOT reprend la même logique dans Deep Time, en s’inspirant d’études sur la manière dont les salamandres, les scinques, les iguanes et les caïmans se déplacent. Nyakatura et son équipe ont donné à leurs robots robotiques Orobates différentes positions et démarches pour mesurer les modèles d'empreinte résultants, puis comparé les résultats aux traces fossilisées laissées par l'animal vivant il y a des centaines de millions d'années.
«Nous avons d'abord étudié la locomotion d'espèces existantes de manière très détaillée pour mieux comprendre les propriétés mécaniques de la locomotion tentaculaire des tétrapodes», explique Nyakatura. Ces recherches ont permis aux chercheurs d'identifier les schémas biomécaniques appliqués à leurs modèles de mouvement des tétrapodes. Les empreintes de fossile ont servi de vérification des simulations sur ordinateur, et le mouvement de l'OroBOT a utilisé les simulations pour correspondre au modèle des empreintes de pas.
«L'approche est complète, transparente et explicitement fondée sur des preuves», explique Julia Molnar, paléontologue à NYIT. "Je pense que de nombreux autres chercheurs dans ce domaine adopteront des aspects de leur méthodologie."
Il se trouve que la façon dont les caïmans modernes se déplacent est un bon analogue pour Orobates . L'ancêtre préhistorique des lézards tenait son corps contre le sol, jambes fléchies, en se déplaçant légèrement d'un côté à l'autre. Ce type de mouvement diffère de ce à quoi les paléontologues s'attendaient. Selon Molnar, les prédécesseurs des Orobates "sont généralement caractérisés par une locomotion semblable à celle de la salamandre, ils s'étendent complètement et traînent peut-être le ventre sur le sol".
Vue de dessus de l'holotype Orobates pabsti . (Thomas Martens / Musée du Natur Gotha) Bien que cela puisse sembler être un léger changement de comportement, soulever le ventre du sol tout en marchant représente un changement majeur par rapport aux animaux partiellement aquatiques, qui traînent leur corps presque comme s'ils nageaient sur la terre, et aux animaux qui ont évolué pour marcher principalement sur un sol ferme. . «D'autres chercheurs ont précédemment supposé que la locomotion avancée que nous avons déduite pour Orobates ne s'est produite qu'après l'origine des amniotes», explique Nyakatura, mais les nouveaux résultats indiquent que ces méthodes plus spécialisées de déplacement sur terre ont évolué beaucoup plus tôt.
Les mécanismes de l'OroBOT sont spécifiquement associés à Orobates, mais les recherches montrent que la robotique pourrait aider à révéler des secrets à un moment critique de l'histoire de la vie. Le résultat de la nouvelle étude, dit Molnar, "suggère que les amniotes de la tige ne se limitent pas à des postures complètement tentaculaires, et il peut y avoir eu une grande variété de postures et d'allures différentes selon les animaux utilisés dans différentes situations." Que ce soit pour l’eau ou pour ceux qui passent toute leur vie sur la terre ferme, entre créatures aquatiques et terrestres, des créatures comme Orobates pourraient vraiment se pavaner.
