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Erfolgreicher Ur-Landgang dank Schwanz?

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Der Schlammspringer bewegt sich heute noch an Land fort, wie es wohl einst die Pioniere der Wirbeltiere getan haben. Credit: Rob Felt, Georgia Tech
Vor 385 bis 360 Millionen Jahren nahm die Evolutionsgeschichte buchstäblich ihren Lauf: Die ersten Wirbeltiere eroberten sich das Land. Am Anfang dieser Erfolgsgeschichte könnten nicht nur die Flossen, sondern auch der Schwanz eine zentrale Rolle gespielt haben, berichten Forscher. Das legen Untersuchungsergebnisse an Robotermodellen nahe sowie an einer skurrilen Fischart: Schlammspringer bewegen sich auch heute noch fort, wie es einst die frühen Land-Pioniere getan haben könnten.

Wie bewegten sich die ersten Wirbeltiere an Land? Klar scheint, dass ihre Anatomie zunächst noch hauptsächlich an das Wasserleben angepasst war. Um ihre Körper über Land zu befördern, müssen sie deshalb spezielle Techniken und Merkmale hervorgebracht haben. Eine spezielle Herausforderung war dabei sicher der lockere und abschüssige Untergrund der Ufer. Um Hinweise auf das Verhalten der Land-Pioniere zu bekommen, analysierten die Forscher um Benjamin McInroe vom Georgia Institute of Technology in Atlanta das Fortbewegungsverhalten von Schlammspringern (Periopthalmus barbaratus). Diese amphibisch lebenden Fische besitzen muskulöse Brustflossen, mit denen sie sich an Land fortbewegen können.

Schlammspringern genau zugeschaut

Wie die Forscher nun detailliert dokumentieren konnten, setzten die Schlammspringer allerdings auch gelegentlich ihren Schwanz beim Landgang ein – und zwar bei Steigungen. Um sich auf ein 10 Grad abschüssiges Ufer zu befördern, setzten sie ihren Schwanz bei etwa einem Drittel der „Schritte“ ein. Bei einer Steigung von 20 Grad drückten sie sich dann in der Hälfte der Fälle zusätzlich mit einer gekonnten Schwanzbewegung ab. Auf flachem Untergrund kam der Fortsatz hingegen so gut wie nicht zum Einsatz, beobachteten die Forscher. Je größer die Herausforderung, desto eher brachte eine kombinierte Bewegung von Flossen und Schwanz die Fische an Land vorwärts, so das Fazit.

Zusätzlich zum natürlichen Vorbild untersuchten die Forscher die Fortbewegungsweise auch am Roboter-Modell. Ihr „MuddyBot“ ist den Merkmalen des Schlammspringers nachgebildet: Er besitzt motorbetriebene Vorderflossen und einen kraftvollen Schwanz. „Durch den Roboter konnten wir die Komplexität der Fortbewegung des Schlammspringers vereinfachen und durch Variation der Parameter die physikalischen Mechanismen verstehen“, erklärt McInroe.

Der Schwanz hilft auch dem Robo-Modell auf die Sprünge

Bei ihren Experimenten ließen sie ihren MuddyBot unterschiedliche Steigungen an sandigen Oberflächen erklimmen. Wie beim natürlichen Vorbild zeigte sich auch beim Techno-Schlammspringer dabei: Ab etwa 20 Grad Steigung muss er zusätzlich zur Bewegung der Vorderflossen den Schwanz einsetzen, um überhaupt vorwärts zu kommen. Zudem verhinderte der Schwanz, dass der Roboter am Hang ins Rutschen kam.

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Den Forschern zufolge legen ihre Ergebnisse damit nahe: Die Schwänze könnten ein Schlüsselfaktor beim Überwinden von Hindernissen im Rahmen der ersten Landgänge  gewesen sein. „Wegen des Fokus auf den Gliedmaßen hat man die Rolle des Schwanzes möglicherweise bislang stark unterschätzt“, sagt Co-Autor Richard Blob von der Clemson University. „Einige der Funktionen, wie die der Gliedmaßen, waren neu. Aber einige bestehende wurden vermutlich einfach umfunktioniert, um sich in dem neuen Lebensraum zu bewegen.“

Wie die Forscher betonen, sind ihre Ergebnisse allerdings nicht nur aus evolutionsbiologischer Sicht interessant, sondern auch für der Entwicklung von amphibischen Robotern: „Die Studienergebnisse können nützlich sein, wenn es um die Entwicklung von Systemen geht, die anspruchsvolle Gelände mit verschiedenen Neigungen meistern können sollen“, sagt Co-Autor Howie Choset Institut für Robotik an der Carnegie Mellon University.

Originalarbeit der Forscher:

© wissenschaft.de – Martin Vieweg
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