Naukowcy z powodzeniem wykorzystują drukowanie 3D do badania złożonych zachowań zwierząt

Zespół mężów i żon Daniel Mennill i Stéphanie Doucet, ekolodzy behawioralni z kanadyjskiego University of Windsor, badają żółte ropuchy, które od dziesięciu lat znajdują się w lasach północno-zachodniej Kostaryki. Każdego roku, gdy nadchodzą deszcze, setki ropuch zbiera się na szybki, intensywny sezon lęgowy około jednego dnia.

Naukowcy odkryli przed laty, że w tym sezonie samce ropuch zmieniają kolor z brązowego na jasnożółty, dzięki czemu łatwiej rozpoznają samice, które pozostają w tym samym kolorze. Ale, w jaki sposób kobiety wybierają, z którym mężczyzną się kojarzyć?

Mennill powiedział: "Drukowanie 3D to naprawdę postęp w zakresie pytań, które możemy zadać jako biolodzy terenowi."

Doucet i Mennill początkowo używali ręcznie robionych modeli gliny, aby dowiedzieć się, dlaczego męskie ropuchy zmieniły kolor, ale potrzebowały bardziej wyrafinowanej metody określania, w jaki sposób samice znajdują partnera pośród setek samców ropuch o podobnym kolorze. Tam wkracza drukowany RoboToad w 3D.

Doktorantka pary, Lincoln Savi, stworzyła wydrukowane repliki 3D płazów w laboratorium, używając oprogramowania i zeskanowanych zdjęć, aby wyrzeźbić je dokładnie w odpowiedniej fakturze i kształcie. Następnie Savi namalował kilka wydrukowanych w 3D RoboToad, które są zmotoryzowane, aby poruszać się losowo i wyglądać na żywe, aby wyglądały jak ich odpowiedniki na ropuchy.

Niektóre wydrukowane RoboToady 3D zostały pomalowane na matowy kolor chartreuse , podczas gdy inne są jasnożółte. Pary tych modeli ropuch, po jednym z każdego koloru, zostaną ustawione na arenach zewnętrznych, gdy nadejdą deszcze, więc naukowcy mogą zobaczyć, który kolor bardziej interesują dzikie żeńskie ropuchy. Według Mennill zespół jest już ustawiony w Kostaryka "siedzi tam wpatrując się w niebo [i] czekając na nadejście pierwszych deszczów", więc nie będą za późno na poznanie sekretów unikalnego, jednodniowego rytuału godowego ropuch.

Grégory Bulté, biolog z Carleton University w Ottawie, wykorzystuje druk 3D do badania innego rodzaju dzikich zwierząt - żółwia z mapy północnej. Druk 3D został użyty do ochrony i pomocy żółwiom w przeszłości, ale Bulté używa tej technologii do innego celu. Samica gatunku może urosnąć do dwukrotnie większej długości samca, a Bulté zastanawia się od lat, czy samce brały pod uwagę rozmiar podczas krycia i były przyciągane do największych samic. Niestety, ze względu na to, że żółwie są płochliwe, a także mate wna dnie jeziora trudno było je obserwować.

Więc jego zespół 3D wydrukował dwa identyczne modele żeńskich żółwi z północy, z jedną zauważalną różnicą - ich wielkością. Zarówno większe, jak i małe modele żółwi wydrukowanych 3D zostały umieszczone razem na jeziorze, a także sfałszowane kamery, które rejestrowały preferencje dzikich żółwi. Według raportu opublikowanego w Animal Behaviour, hipoteza Bulté'a okazała się słuszna, ponieważ dzikie samce starały się częściej kojarzyć z większym modelem żółwia drukowanego 3D.

Bulté powiedział, że byłoby to trudne żywe zwierzęta w tym badaniu, ponieważ "wprowadziłyby wiele innych zmiennych, które byłyby trudne do kontrolowania", takie jak jedna żółw płci męskiej spokrewniony z samcem, który mógłby potencjalnie wpłynąć na jego wybór partnera. Bulté nazywa drukowanie 3D "niemal idealnym systemem", szczególnie dlatego, że kilka modeli można wyprodukować bez wielkich kosztów.

Jednak druk 3D, według ornitologa Marka Haubera, pozwala także naukowcom opracowywać modele zwierzęce na małą skalę - jak jajka. Hauber bada pasożytnictwo pasożytnicze, w którym ptaki składają jaja w gniazdach innych gatunków, aby mogły podnieść pisklęta. W przeszłości naukowcy badali reakcje ptaków na te zachowania, umieszczając w swoich gniazdach modele pasożytniczych jaj, wykonanych z drewna i gipsu.

Ale drukowanie 3D umożliwiło zespołowi Hauber stworzenie replik jaj skorupowych, które wyglądają bardziej realistycznie niż modele drewniane. Następnie naukowcy byli w stanie zbadać, czy decyzja robota o wyrzuceniu pasożytniczych jaj z ich gniazd wpłynęła w ogóle na zmiany wielkości zaledwie o kilka milimetrów.

Hauber, który wykonał modele cyfrowe dla swojego 3D jaja do druku dostępne za darmo na Shapeways, powiedział, że modele te mogą pomóc innym naukowcom i researchers w replikacji podobnych eksperymentów.

Jednak liczba grup badawczych korzystających z druku 3D jest nadal dość mała - być może dlatego, że jak sugeruje biolog Temple University, Jocelyn Behm, początkujący są zastraszani przez technologię. Behm, który bada, w jaki sposób drapieżniki reagują na inwazyjne jaszczurki, wykorzystuje w swoich eksperymentach modele drukowane 3D, zamiast wprowadzać żywe egzotyczne gatunki do ekosystemu.

Behm powiedział: "Naprawdę sądziłem, że drukowanie 3D było trudne ... ale po tym jak się z tym zapoznałem, zdałem sobie sprawę, że to nie jest takie trudne. "

Aby pomóc innym naukowcom, Behm opublikował preprint na temat bioRxivo jej własnym doświadczeniu w druku 3D, a także o opiniach na temat innych ostatnich prac, które wykorzystały tę technologię. Według Bulté współpraca ma kluczowe znaczenie, jeśli chodzi o skuteczne drukowanie 3D w celu badania zachowania zwierząt.

"Jeśli ludzie nie rozmawiają ze sobą, to mogą uważać, że jest to mniej dostępne niż to naprawdę jest ", powiedział Bulté.