Replicile imprimate 3D dezvăluie capacitățile de înot ale cefalopodelor antice

Replicile imprimate 3D dezvăluie capacitățile de înot ale cefalopodelor antice
Paracoroniceras lyra . Credit: David Peterman” width=”” height=””/>

David Peterman în AMMLab (Ammonoid Motility Modeling Laboratory) ținând o reconstrucție imprimată 3D a amonitului planispiral, Paracoroniceras lyra. Credit: David Peterman

Paleontologii de la Universitatea din Utah, David Peterman și Kathleen Ritterbush, știu că este un lucru să folosești matematica și fizica pentru a înțelege cum s-au deplasat creaturi marine antice prin apă. Alt lucru este să pui în apă replici ale acelor creaturi și să vezi singuri. Ei se numără printre oamenii de știință care, printr-o serie de metode, inclusiv modele digitale și replici imprimate 3D, „defosilizează” animalele din trecut pentru a afla cum au trăit.

Peterman, Ritterbush și colegii lor au dus reconstrucții imprimate 3D ale cefalopodelor fosile în rezervoare de apă reale (inclusiv o piscină de la Universitatea din Utah) pentru a vedea cum structura cochiliei lor ar fi putut fi legată de mișcarea și stilul lor de viață. Cercetarea lor este publicată în PeerJ și într-un volum memorial viitor al regretatului paleontolog William Cobban. Ei au descoperit că cefalopodele cu cochilii drepte numite ortoconi au trăit probabil o viață verticală, jetându-se în sus și în jos pentru a prinde mâncare și a se sustrage de prădători. Alții cu cochilii spiralate, numite torticone, au adăugat o rotire blândă mișcărilor lor verticale.

„Mulțumită acestor tehnici noi,” spune Peterman, un savant postdoctoral în cadrul Departamentului de Geologie și Geofizică, „putem pătrunde greoi într-o frontieră în mare măsură neexplorată în paleobiologie. Prin modelare detaliată, aceste tehnici ajută la realizarea unei imagini mai clare a capacităților acestor tehnici. animale semnificative din punct de vedere ecologic cât timp erau în viață.”

Cercetătorii sunt veterani ai acestui stil de „paleontologie virtuală”, care au lucrat cu modele digitale de amonoizi și versiuni imprimate 3D pentru a testa ipotezele despre evoluția și stilul lor de viață. Majoritatea amonoizilor au cochilii încolăcite, ca nautilus-ul de astăzi, și s-au aruncat în jurul oceanului în toate direcțiile.

Dar în cercetătorul lor publicat în PeerJ, Peterman și Ritterbush, profesor asistent de Geologie și Geofizică, au explorat o formă diferită a cochiliei – ortoconul cu coajă dreaptă. Cochilii drepte au evoluat de mai multe ori în linii diferite de-a lungul înregistrării fosile, sugerând că aveau o anumită valoare adaptativă.

„Acest lucru este important deoarece ortoconele se întind pe o mare parte din timp și sunt reprezentate de sute de genuri. [plural of genus]„, spune Peterman, iar multe reconstrucții și diorame arată ortoconele ca niște înotători orizontale precum calmarii.” Erau componente majore ale ecosistemelor marine, dar știm foarte puține despre capacitățile lor de înot.

Așa că el și Ritterbush au făcut scanări 3D ale fosilelor Baculitele comprimă, o specie de ortocon care a trăit în timpul Cretacicului și a conceput patru modele digitale diferite, fiecare cu proprietăți fizice diferite. Găsiți un model digital ortocon aici.

Replicile imprimate 3D dezvăluie capacitățile de înot ale cefalopodelor antice

Reconstituirea amonitului ortocon, Baculitele comprimă. Credit: David Peterman

De unde au știut să cântărească structurile modelelor? „Matematică”, spune Peterman. Ei au ajustat centrele de masă și contragreutățile din cadrul modelelor, reprezentând echilibrele de țesut moale și goluri umplute cu aer pe care ortoconul le-ar fi menținut probabil în timpul vieții sale. „Modelul rezultat este echilibrat la fel ca animalul viu, permițând analize foarte detaliate ale mișcării lor”, spune el.

Modelele imprimate 3D rezultate aveau aproape doi metri lungime. Cu ajutorul lui Emma Janusz și Mark Weiss de la Centrul de viață studențească George S. Eccles de la U, cercetătorii au instalat o platformă de cameră într-o zonă de 2 metri adâncime a piscinei Crimson Lagoon și au lansat modelele subacvatice pentru a vedea cum sunt în mod natural. mutat.

Rezultatele au arătat clar că cea mai eficientă metodă de mișcare a fost verticală, deoarece mișcarea dintr-o parte în alta a creat multă rezistență. „Am fost surprins de cât de stabili sunt”, spune Peterman. „Orice cantitate de rotație în depărtare de orientarea lor verticală este întâmpinată cu un moment puternic de restabilire, atât de multe specii de ortoconi vii care probabil nu au putut să-și modifice propriile orientări. energia s-ar pierde din cauza balansării.”

Rezultatele au arătat, de asemenea, că ortoconele ar fi fost capabile de viteze mari printre cefalopodele cu coajă. Acest lucru ar fi putut fi util pentru a evita prădătorii. Analizând rezultatele experimentelor din bazin și calculând timpul necesar pentru a scăpa de prădătorii moderni (ca înlocuitori ai prădătorilor ortoconi dispăruți de mult timp), ei au descoperit că ortoconii ar fi putut să se deplaseze în sus suficient de repede pentru a evita animale similare cu crocodili sau balene. Cu toate acestea, poate că nu au fost la fel de norocoși împotriva înotătorilor rapizi precum rechinii.

Deci, majoritatea speciilor de ortocone nu ar fi putut trăi un stil de viață de înot orizontal. „În schimb,” spune Peterman, „speciile fără contragreutăți în cochilie și-au asumat un obicei de viață vertical, fie hrănindu-se lângă fundul mării, fie migrând vertical în coloana de apă. În timp ce ortoconele nu erau la fel de atletice sau active ca calmarul modern, ar fi putut menține capacitatea de a dejuca prădătorii cu eschivuri ascendente.”

Peterman și Ritterbush, împreună cu proaspătul absolvent Nicholas Hebdon și Ryan Shell de la Centrul Muzeal din Cincinnati, au condus și ele un set similar de experimente cu torticone, cefalopode mai mici cu o coajă în formă de tirbușon. Rezultatele vor fi publicate în Volumul special al Asociației Americane a Geologilor din Petrol și al Asociației Geologice din Wyoming — Perspective în Cretacic: Construind pe moștenirea lui William A. Cobban (1916-2015). Deși probabil că torticoanele au preferat mișcarea verticală, forma lor a provocat un rezultat diferit în apă, spune Peterman: „În timp ce ortoconele erau stăpâni în mișcarea verticală, torticoanele erau stăpânii rotației”.

Multe moluște de astăzi au cochilii elicoidale similare, iar unii cercetători au presupus anterior că torticoanele ar fi putut avea un stil de viață similar, târându-se de-a lungul fundului mării. „Cu toate acestea,” spune Peterman, „modelele hidrostatice demonstrează că învelișurile camerelor de amonoizi torticon au avut capacitatea de flotabilitate neutră, ceea ce i-ar fi eliberat de pe fundul mării. Acești amonoizi experimentează diferite forme de mișcare posibile numai într-un stil de viață liber înot. . . „







Analiza de urmărire a mișcării a unui model de torticon imprimat 3D. Credit: David Peterman

În experimentele efectuate într-un rezervor de apă de 50 de galoane (nu este nevoie de piscină pentru modelele de tortioane lungi de 6 inci care sunt disponibile digital aici), echipa a descoperit că tortioanele se roteau în mod natural și eficient în apă doar datorită formei coajă, rotindu-se ușor cu fața înainte la coborâre și rotind în direcția opusă la urcare. De asemenea, au descoperit, plasarea sursei de forță a torticonelor în raport cu centrul lor de masă ar fi îmbunătățit eficiența rotației active.

Rotirea în timpul coborârii, spune Peterman, ar fi ajutat torticoanele să se hrănească, permițându-le să pască de organisme planctonice mici.

„Am fost surprins de cât de ușor se pot roti torticoanele”, spune Peterman. „Chiar și mici împingeri, cum ar fi respirația [gill ventilation] ar fi putut produce o rotație de 20 de grade pe secundă.”

Atât ortoconele, cât și torticoanele, din cauza apariției lor repetate de-a lungul înregistrărilor fosile, arată nu numai că cefalopodele au găsit un oarecare avantaj unei învelișuri drepte sau elicoidale, spre deosebire de învelișul lor încolăcit în formă de nautilus, dar că o coajă desfășurată ar fi putut evolua în timp. de „saturație ecologică”, când nișele ecologice ale cefalopodelor încolăcite erau pline.

Peterman spune că această lucrare necesită o revizuire a modului în care ne imaginăm oceanul antic.

„Aceste experimente”, spune el, „ne transformă înțelegerea ecosistemelor antice. În loc să se târască de-a lungul fundului mării ca melcii sau să înoate rapid ca calmarii moderni, aceste animale își asumau stiluri de viață destul de unice. Aceste experimente ne perfecționează înțelegerea acestor animale prin pictură. . o imagine a peisajelor marine antice presărate cu cefalopode elicoidale piruetate și ortoconuri orientate vertical.”


Modelele antice ale carcasei amonoizilor ar putea fi ajutat la controlul plutirii


Mai multe informatii:
David J. Peterman și colab., Tactica de evadare verticală și potențialul de mișcare al cefalopodelor ortoconice, PeerJ (2021). DOI: 10.7717 / peerj.11797

Informații din jurnal:
PeerJ

Furnizat de Universitatea din Utah

Citare: Replicile imprimate 3D dezvăluie capabilitățile de înot ale cefalopodelor antice (2021, 16 iulie) preluate la 20 februarie 2022 de la https://phys.org/news/2021-07-3d-replicas-reveal-capabilities-ancient.html

Acest document este supus dreptului de autor. În afară de orice tranzacție echitabilă în scopul studiului sau cercetării private, nicio parte nu poate fi reprodusă fără permisiunea scrisă. Conținutul este oferit doar în scop informativ.

Leave a Comment

Adresa ta de email nu va fi publicată.