För cirka 245 till 66 miljoner år sedan, dinosaurier strövade omkring på jorden. Även om välbevarade skelett ger oss en bra uppfattning om hur de såg ut, hur deras lemmar fungerade är fortfarande ett större mysterium. Men datorsimuleringar kan snart ge en realistisk inblick i hur vissa arter rörde sig och informerar om arbete inom områden som robotik, protetik och arkitektur.

John Hutchinson, en professor i evolutionär biomekanik från Royal Veterinary College i Hertfordshire, STORBRITANNIEN, och hans kollegor undersöker rörelsen hos de tidigaste, små dinosaurier, som en del av det fem år långa Dawndinos-projektet som startade 2016.

"Dessa dinosaurier har blivit enormt försummade, " Prof. Hutchinson sa. "Människor – inklusive jag – har mestadels studerat kändisdinosaurier som T Rex ."

För cirka 225 miljoner år sedan, under den sena triasperioden, dessa små dinosaurier var i minoritet, medan de större krokodilliknande djuren som levde bredvid dem var fler och mångsidigare. Dinosaurier fortsatte på något sätt att frodas medan de flesta andra djur från den perioden dog ut.

Jämfört med deras fyrbenta, tungt byggda samtida, Det som sticker ut med dessa tidiga dinosaurier är att de hade en upprätt hållning och kunde, åtminstone periodvis, gå på två lemmar. En teori är att deras rörelsestil gav dem en överlevnadsfördel.

"Idén med det här projektet är att testa den idén, " sa prof. Hutchinson.

Teamet har börjat utveckla datorsimuleringar för att uppskatta hur 11 olika arter av utdöda arkosaurier – den grupp av djur som inkluderar krokodiler, fåglar, deras släktingar och dinosaurier – kan ha flyttat. De kommer att fokusera på fem olika typer av rörelser:promenader, löpning, vändning, hoppa och stå.

Simuleringar

För att testa om deras simuleringar är korrekta, forskarna planerar att ge samma behandling till sina levande släktingar – krokodiler och fåglar – också. De kommer sedan att jämföra resultaten med faktiska mätningar av rörelse för att avgöra hur bra deras datormodeller av utdöda djur är.

"Det kommer att vara första gången vi grundar sanningen (testar med empiriska bevis) dessa metoder mycket noggrant med bästa möjliga data vi kan få, " sa prof. Hutchinson.

Än så länge, de har modellerat rörelsen av en Mussaurus – en tidig kusin till gigantiska växtätande sauropoddinosaurier som t.ex Brontosaurus . De Mussaurus var mycket mindre och forskare ville se om den rörde sig på fyra ben som sina större släktingar. De första rekonstruktionerna av djuret hade det på fyra ben eftersom det hade ganska stora armar, sa prof. Hutchinson.

Med hjälp av skanningar av välbevarade fossiler från Argentina, de kunde producera nya modeller av dess rörelse. Prof. Hutchinson och hans team fann att den i själva verket var tvåfotad. Den kunde inte ha gått på fyra ben eftersom handflatorna på dess främre extremiteter var vända inåt och underarmslederna inte kunde rotera nedåt. Därför, den skulle inte ha kunnat plantera frambenen på marken.

"Det var inte förrän vi satte ihop benen i en 3D-miljö och försökte leka med deras rörelser som det blev klart för oss att det här inte var ett djur med mycket rörliga armar och händer, " sa prof. Hutchinson.

Robotik

De simuleringar som produceras under projektet kan vara användbara för zoologer. Men de kan också ha mindre uppenbara tillämpningar, till exempel, hjälpa till att förbättra hur robotar rör sig, enligt professor Hutchinson.

Exakta modeller behövs för att replikera djurens rörelser, som robotforskare ofta hämtar inspiration från. Efterliknar en krokodil, till exempel, kan vara av intresse att skapa en robot som både kan simma och gå på land.

Prof. Hutchinson blir också regelbundet kontaktad av film- och dokumentärskapare som är intresserade av att använda hans simuleringar för att skapa realistiska animationer. "Det är svårt att göra större, eller ovanligt, djur rör sig korrekt om fysiken inte stämmer, " sa prof. Hutchinson.

Att förstå rörelsen hos de allra största dinosaurierna är syftet med ett projekt som genomförs av paleobiologiforskaren Alexandra Houssaye och hennes kollegor från Frankrikes National Centre for Scientific Research och National Museum of Natural History i Paris. Genom deras Gravibone-projekt, som började förra året, de vill sätta fast benens benanpassningar som gör att stora djur kan bära ett tungt skelett.

"Vi vill verkligen förstå vad (benfunktioner) är kopplade till att vara massiv, " sa Dr Houssaye.

Massiv

Än så länge, Forskning har visat att de långa benen i benen på större djur är mer robusta än hos mindre djur. Men denna allmänna trend har bara observerats ytligt. De yttre och inre benstrukturerna har anpassats över tiden för att hjälpa till att stödja djurens vikt. Till exempel, medan mindre landlevande djur har ihåliga lemben, stora som elefanter, noshörningar och flodhästar har bindväv i mitten.

Bland de största djuren och deras förfäder finns också andra skillnader. Ledbenen hos moderna noshörningar, till exempel, är korta och tunga. Men deras förhistoriska släktingar ringde Indricotherium , det största landdäggdjuret som någonsin levt, hade ett mindre tjockt skelett. "Det är intressant att se att den största inte hade den mest massiva (ramen), " sa Dr Houssaye.

Teamet studerar både levande och utdöda djur, med fokus på elefanter, noshörningar, flodhästar, förhistoriska däggdjur och dinosaurier som sauropoder – en grupp som inkluderar de största landlevande djuren genom tiderna.

Än så länge, de har jämfört fotledsbenen på hästar, tapirer, noshörningar och fossiler av noshörningars förfäder. De fann att för djur med samma massa fanns det skillnader beroende på om de var korta och kraftiga eller hade längre lemmar. Hos mindre tjocka djur, de två ankelbenen tenderade att vara mer distinkta medan de var starkare förbundna i de som var massivt byggda, förmodligen för att förstärka artikulationen.

"Det är inte bara massan (av djuret) utan hur massan är fördelad på kroppen, " sade Dr Houssaye. "För oss var det intressant."

3D-modellering

Deras nästa steg blir att skanna olika ben och analysera deras inre struktur. De kommer också att använda 3D-modellering för att ta reda på hur mycket vikt olika delar av benen kan hantera på olika ställen, till exempel.

Resultaten från projektet skulle kunna bidra till att göra en effektivare protetik för människor och djur, sa Dr Houssaye. Designers kommer att kunna bättre förstå hur olika egenskaper hos lemben, såsom tjocklek och orientering, relatera till deras styrka, gör det möjligt för dem att skapa material som är lättare men mer motståndskraftiga.

Liknande, Dr Houssaye har också haft intresse från byggbranschen som letar efter nya typer av material och effektivare byggtekniker. Pelare som stöder tunga byggnader, till exempel, skulle kunna tillverkas med mindre material genom att förbättra deras inre struktur istället.

"Hur ett skelett anpassar sig (till tung vikt) har konsekvenser för konstruktionen, "Dr. Houssaye sa. '(Arkitekter) försöker skapa strukturer som kan bära tung vikt."