Läuft. Ein alles andere als futuristischer Roboter ist Orobot schon allein deshalb, weil sein Vorbild etwa 300 Millionen Jahre alt ist. Fußspuren, die ähnlich wie das Skelett von Orobates pabsti fossil erhalten sind, ermöglichen es zusammen mit ein bisschen Rechenleistung, zu rekonstruieren, wie Ur-Vierbeiner sich bewegten. Foto: Tomislav Horvat, Kamilo Melo (EPFL Lausanne)
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Fossil-High-Tech Laufende Zeitmaschine, made in Berlin

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Ein Roboter hilft, ein Rätsel unserer Evolution zu lösen. Was man mit der Methode sonst noch so anstellen könnte, macht ein wenig Angst.

Orobot ist nicht da. Schade. Man hätte eigentlich gerne mal einen Roboter, der so ziemlich gar nichts mit Zukunft, aber sehr viel mit sehr lang zurückliegender Vergangenheit zu tun hat, persönlich kennengelernt. Aber Orobot weilt gerade in Lausanne und nicht in dem alten Klinkerbau der Humboldt-Universität in der Nähe des Charité-Hochhauses. Nur John Nyakatura ist da. Der ist kein Roboter, sondern ein Mensch, der zusammen mit anderen Menschen Roboter baut, um ausgestorbene Tiere zu verstehen.

Laufen lassen

Orobot ist 1,42 Meter lang und hat seinen Namen von einer Kreatur namens Orobates pabsti. Die war ein vierbeiniges Tier, etwa 85 Zentimeter lang, das vor knapp 300 Millionen Jahren in der Gegend des heutigen Thüringer Waldes lebte und von dem es ein ziemlich vollständiges fossiles Skelett und dazu noch wunderbar erhaltene Fußspuren gibt.

Wenn Orobot da wäre, könnte man ihn laufen lassen (Video). Und das auf sehr viele unterschiedliche Weisen. 512, um genau zu sein. Das kann man allerdings auch fast ebensogut am Computer tun, der in Nyakaturas Professoren-Büro steht. Die meisten dieser möglichen Gangarten machen schon auf den ersten Blick keinen allzu geschmeidigen Eindruck. Nyakatura und seine Kollegen interessierte aber genau das: Wie lief Orobates? Denn bisher war diese Frage – neben der, wann und wo sie überhaupt das Wasser verließen – eine der großen Spekulationsspielwiesen in der Erforschung der Evolution der Vierbeiner, die letztlich auch ein paar Zweibeiner, darunter den Menschen, hervorbrachte.

Ur-Thüringer. Dieses Skelett von Orobates pabsti ist Orobots Vorbild. Foto: Thomas Martens
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„Bislang herrschte die Meinung vor, dass sich bei den Vierbeinern zuerst die Fähigkeit, an Land Eier zu legen und ohne Larvenstadium im Wasser auskommen zu können, entwickeln musste“, sagt Nyakatura. Erst dann, so jene Hypothese, hätten sie die Freiheit gehabt, dauerhaft an das Landleben angepasste, effektive Gangarten zu entwickeln.

Landgang, Landei, Landeroberung

Tiere, die diese Art Eier produzieren, heißen in der Zoologensprache Amnioten. Benannt sind sie nach dem Amnion, einer nur bei ihnen vorkommenden Eihülle. Sie machte – zusammen mit ein paar anderen Anpassungen – die Entwicklung eines Wirbeltier-Embryos ganz ohne Kaulquappen- oder Fischlarvenstadium jenseits des Wassers erst möglich. Menschen sind auch Amnioten, ihr Amnion ist die innere Eihaut der Fruchtblase.

Erst nach jener evolutionären „Schlüsselinnovation“ namens Landei hätten sich demnach die Landwirbeltiere in zahlreiche Gruppen aufgespalten. Und erst damit hätten sie das Land auch jenseits von Ufern und Küsten erobert und gelernt, effektiver vierbeinig vom Fleck zu kommen. Orobates, Orobots Vorbild, „war ein sehr naher Verwandter“ jenes ersten echten Landei-Legers, der auch unser aller Vorfahr ist, sagt Nyakatura. Und er lebte wohl vor jener großen Arten-Aufspaltung. Er müsste also eigentlich ein eher limitierter Läufer gewesen sein.

Bildschirmzeit. John Nyakatura mit Darstellungen seiner Forschungsobjekte - und mit "Nature"-Titelblatt. Foto: Richard Friebe
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War er aber offenbar nicht. Nyakatura und seine Kollegen ließen Orobot laufen. Sie ließen zum Vergleich auch Roboter-Nachbauten heute lebender vierbeiniger Lurche und Reptilien laufen, und auch jene Computer-Simulationen. Aus den ursprünglich 512 Optionen sortierten sie bei Orobot nach und nach unter anderem jene aus, bei denen es Knochenkollisionen gegeben hätte, oder die viel zu energieaufwändig gewesen wären – oder viel zu instabil. Danach blieb nur eine Gangart übrig. Jener schon recht weit vom Boden abgedrückte Spreizgang gilt als eher fortgeschritten und wird so ähnlich auch heute noch etwa von Leguanen oder Kaimanen genutzt. „Entscheidend war, dass wir die Spuren hatten“, sagt Nyakatura. Denn vor allem dadurch, dass Orobot zeitmaschinengleich in die Fußstapfen von Orobates treten musste, ließen sich viele andere mögliche Varianten, wie der alte Vierbeiner unterwegs gewesen sein könnte, ausschließen.

On the Cover

Der Zoologe Nyakatura, sein Lausanner Robotik-Kollege Kamilo Melo und zehn weitere beteiligte Forscher unter anderem aus Jena und Hamburg haben es diese Woche mit Orobot auf die Titelseite des Magazins „Nature“ geschafft. Dort erscheint auch ihr Forschungsartikel. Dass am Projekt auch Designer beteiligt waren, die dann ein paar professionelle Vorschläge für das Titelbild gleich mitlieferten, war dabei sicher hilfreich. Interdisziplinarität zahlt sich eben doch aus.

Wahrscheinlich war es aber vor allem die Methodik, die dem Team diese Ehre verschafft hat. Denn anders als bei bisherigen Versuchen, den Gang früher Geher aufzuklären, nutzten sie wirklich so ziemlich alle existierenden Informationen, experimentellen Möglichkeiten und Modellierungsverfahren. „So konnten wir die Nachteile der einzelnen Ansätze minimieren und Vorteile maximieren“, sagt Nyakatura.

Ist Orobates aber wirklich so gelaufen wie sein Robo-Doppelgänger? Das sei, sagen die Forscher, „plausibel“. Aber weil eben damals im Thüringen des frühen Perm-Erdzeitalters niemand dabei war, ist es trotzdem nicht sicher. „Wir gehen mit dieser Unsicherheit sehr transparent um“, sagt Nyakatura. Die Forscher haben auch eine Website (https://go.epfl.ch/Orobates) freigeschaltet, auf der Besucher selbst Parameter verändern und danach sofort die Auswirkungen auf den Gang des Tieres sehen können.
Tom Weihmann von der Universität Köln, der selbst intensiv und unter anderem auch mit Roboter-Modellen Laufbewegungen und Gangarten von Tieren erforscht, nennt die Methodik „beeindruckend“. Beeindruckt ist er auch davon „dass John Nyakatura es offenbar geschafft hat, die Expertise ganz verschiedener Forschergruppen aus ganz verschiedenen Fachgebieten hier zu nutzen“. Plausibel ist für ihn auch, dass Orobates „sich nicht mehr halbwegs auf dem Bauch rutschend bewegt hat“. Schließlich sei der Landgang der Wirbeltiere schon damals viele Millionen Jahre her gewesen: „Dass sich da längst ein Bewegungsrepertoire mit effektiven und auch energetisch günstigen Gangarten herausgebildet hatte, ist eigentlich zu erwarten." Denn etwa bei Nahrungsknappheit hätten Tiere, die sich besser und ökonomischer fortbewegen konnten als weniger agile Artgenossen, einen Vorteil gehabt und sich auch eher fortgepflanzt.

Kommt Rexobot?

Die Methodik würde sich möglicherweise auch eignen, Rückschlüsse auf andere Aktivitäten ausgestorbener Tiergruppen zu ziehen, sagt Nyakatura. Man könnte vielleicht sogar untersuchen, wie Kopulationen bei frühen Vierbeinern funktionierten. Denn schließlich bedeutete der Landgang der Vorfahren nicht nur, dass sie evolutionär lernen mussten, sich effektiv zu bewegen, sondern auch, sich wasserunabhängig fortzupflanzen – per innerer Befruchtung.

Vor allem aber könnte man weitere Rätsel der Fortbewegung ausgestorbener Tiergruppen zu lösen versuchen. So wird etwa nach wie vor diskutiert, wie die Urvogelarten der Gattung Archaeopteryx tatsächlich geflogen sind, und welche Rolle ihre Beine dabei spielten.

Denkbar wären auch Roboter und Computermodelle nach Vorbild eines Tyrannosaurus rex. Anhand von Fußspuren, wie sie unter anderem im US-Bundestaat Wyoming gefunden wurden, würde man sie laufen lassen. Ergebnisse solcher Versuche könnten dann auch zeigen, wie plausibel oder unplausibel sich das kreidezeitliche Raubtier in populären Animationsfilmen bewegt, jagt und seine Beute greift. Wenn man dann den Forscher in seinem Labor besuchen würde, wäre es einem auch vielleicht gar nicht so unrecht, wenn Rexobot gerade nicht da wäre.

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