Talloze vissoorten op aarde die nauwelijks aan elkaar verwant zijn, bewegen zich op het droge nagenoeg op dezelfde manier voort. Onderzoekers hebben nu ontdekt waarom, met behulp van een opvallende robot.
Er zijn meer dan 100 vissoorten die af en toe over het land kruipen. Ze doen dat allemaal op een gelijkaardige manier. Het was nog niet bekend waarom dat het geval was.
Onderzoekers van de universiteiten van Cambridge en Chicago hebben een aantal lopende vissen daarom gefilmd met hogesnelheidscamera’s. Hun bewegingen werden vertaald naar een wiskundig model. Vervolgens bouwden de onderzoekers een robot die het loopje nadoet. Wat blijkt is dat de natuur op z’n eentje de snelste en meest efficiënte loopbeweging uitvindt, telkens weer opnieuw.
Schuifelen met de borstvinnen
De onderzoekers noemen het de ‘golvende driepootgang’. De vis drukt de voorkant van zijn lichaam tegen de grond, meestal met een borstvin, en zwaait vervolgens zijn achterlijf ernaartoe, een beetje zoals hij dat in het water ook doet. “Vaak ziet dat eruit als kleine, onhandige, schuifelende stapjes met de borstvinnen, terwijl het lichaam vooral vooruit wordt geduwd met de staart in plaats van met poten,” vertelt hoofdauteur van de studie Michael Ishida aan Scientias.nl.
Dit wijst wel niet per se op een gedeelde voorouder. De onderzochte soorten staan evolutionair ver van elkaar af. Het gaat hier om convergente evolutie, zegt Ishida: de natuur komt los van elkaar tot dezelfde oplossing.
Maar waarom telkens precies deze? “We denken dat het komt doordat deze manier van lopen niet veel gespecialiseerde anatomie vereist. Andere lopende vissen, zoals de slijkspringer, gebruiken een andere gang waarvoor borstvinnen met gewrichten en spierstelsel nodig zijn die duidelijk geëvolueerd zijn voor voortbeweging op het land. Maar we denken dat de golvende driepootgang eenvoudig genoeg is zodat veel vissen mechanisch in staat zouden zijn om zich op deze manier voort te bewegen zonder gespecialiseerde ledematen.” Met andere woorden: de drempel is laag.
Leestip: Vinvissen lijken een comeback te maken in deze belangrijke regio
Een robot die loopt als een vis
De robot die dit moest testen, is opgebouwd uit drie stijve segmenten die ten opzichte van elkaar kunnen draaien. Het is een sterk vereenvoudigde versie van een vissenlichaam. De robot kon eindeloos veel verschillende looppassen proberen.
En ja hoor: de precieze hoeken en timing waarmee de robot het snelst vooruitkwam, bleken exact overeen te komen met de bewegingen die bij de echte vissen waren gemeten. Dat de vis het optimale antwoord gevonden heeft, verbaast Ishida niet: overleven laat weinig ruimte voor inefficiëntie.
Maar dat zo’n simpel model het al laat zien, vond hij wél opmerkelijk. “Wat verrassend was, is dat ons heel eenvoudige model dit optimale punt laat zien. Dat suggereert dat het het gevolg is van basale lichaamsmechanica en niet van een ingewikkeldere reden.”
Een fascinerende bijvangst: door de timing tussen kop- en staartbewegingen om te draaien, ging de robot achteruit lopen. Precies hetzelfde werd waargenomen bij echte vissen.
Zwemmen, maar dan op het droge
Was de overstap van water naar land voor de allereerste gewervelden daarom misschien minder revolutionair dan we denken? Ishida nuanceert. “We denken dat een belangrijke factor het vermogen van de vis is om zijn lichaamsgewicht buiten het water te dragen. In het water heeft hij de opwaartse kracht die een deel van de zwaartekracht compenseert, maar dat voordeel is verdwenen op het land.” Echt landlopers, de voorouders van salamanders en uiteindelijk alle landdieren, hadden uiteindelijk dus stevigere ledematen nodig.
En dat brengt ons bij het 375 miljoen jaar oude raadsel. Tiktaalik roseae, een beroemd fossiel dat 375 miljoen jaar oud is, wordt beschouwd als een van die belangrijke schakels tussen vis en landdier. Het dier had stevige borstvinnen maar nog geen echte poten. De onderzoekers denken dat hun model kan aantonen hoe het dier zich over het land bewoog.
“We denken dat de golvende driepootgang plausibel is voor iets als Tiktaalik. Op dit moment denken we niet dat hij in staat was om zijn vinnen op een heel ingewikkelde manier te bewegen, dus het buigen van zijn lichaam en het nemen van die schuifelende stapjes is waarschijnlijker dan een volledige stapgang. Zelfs als Tiktaalik geen even flexibele wervelkolom had als andere soorten die we bestudeerd hebben, zou hij nog steeds hebben kunnen lopen, zij het vrij langzaam.”
Uitgelezen? Luister ook eens naar de Scientias Podcast:
