科学家借3D打印仿弹涂鱼机器人研究尾巴在进化中的作用

近日，佐治亚理工学院Georgia Tech）的一群科学家们借助一个3D打印的机器人来模拟弹涂鱼在岩石和泥浆上短距离“行走”的方式，进而了解数百万年前生物首次从海洋登上陆地时是如何移动的。弹涂鱼以可以短暂地离开水面，利用胸鳍和尾鳍在沙滩和岩石上爬行或跳跃而知名。

对于非洲弹涂鱼观察帮助科学家们使用3D打印技术打造了这只机器人MuddyBot，它能够使用类似于弹涂鱼强大的鳍和尾巴的肢体在沙地上蜿蜒前行。

在最早的陆地动物中，一条肌肉发达的尾巴在其行动中可能起到比以前人们认为的更为重要的作。在一项新的研究中，研究人员发现，虽然鳍的“行走”是弹涂鱼和3D打印的MuddyBot在平坦表面上移动的有效途径，但是通过尾巴起伏产生的推力对其翻越沙坡是有帮助的。

科学家们普遍认为，如今行走在陆地上的动物是数亿年前从来自水生环境的早期四足动物演化而来的。在这个过程中，它们的四肢不断适应新的挑战，以支持和推动他们的身体在岩石、泥土和沙子上运动。

这些四足动物可能面临的这些地表的差异启发着科学家们去探讨它是如何影响这些古老生物的移动方式的。这也是生物学家和工程师团队合作打造3D打印的MuddyBot的原因。他们弹涂鱼的身体结构设计出了机器人的结构，此外给它加上了两个前肢和一条尾巴，使它可以模仿弹涂鱼的“行走”能力。

虽然弹涂鱼是一种能够展示早期陆上生物如何移动的活模型，但是3D打印的MuddyBot使得科学家能够改变它的运动参数，从而更好地理解它的不同肢体的运动，以及观察这些肢体是如何彼此关联的。

研究人员们发现，与其模拟的动物一样，3D打印的MuddyBot仅靠其前肢也很难爬到斜坡上，只有借助“尾巴”产生的推力它才能做到这一点。

研究人员们称，最早的陆生动物的第一步有可能是在有坡度的沙滩上实现的。他们对于弹涂鱼的观察以及对MuddyBot的测试表明最早的四足动物很有可能也需要借助自己的尾巴提供动力。

据该研究的合著者，Clemson大学的生物学教授Richard Blob称：“尾巴在陆地上运动中所起到的作用——直到现在仍在很大程度上被忽视——很可能是推动生物离开水环境，进入陌生的新栖息地的一个重要因素。”

这项研究结果于2016年7月7日被在线发表在了《Science》杂志上。