犹他大学古生物学家大卫彼得曼和凯瑟琳里特布什知道，使用数学和物理学来了解古代海洋生物如何在水中移动是一回事。实际上将这些生物的复制品放入水中并亲眼看看是另一回事。他们是通过包括数字模型和 3D 打印复制品在内的一系列方法，对过去的动物进行“去化石化”以了解它们的生活方式的科学家之一。
Peterman、Ritterbush 和他们的同事将头足类化石的 3D 打印重建带到实际的水箱(包括犹他大学的一个游泳池)，以了解它们的外壳结构可能如何与它们的运动和生活方式相关联。他们的研究发表在PeerJ和即将出版的已故古生物学家威廉·科班的纪念卷中。他们发现，具有直壳的头足类动物很可能过着垂直生活，上下喷射以捕捉食物并躲避捕食者。其他带有螺旋壳的，称为torticones，在它们的垂直运动中增加了轻微的旋转。
“多亏了这些新技术，”地质与地球物理系的博士后学者 Peterman 说，“我们可以涉足古生物学领域一个尚未开发的前沿领域。通过详细的建模，这些技术有助于更清晰地描绘出这些技术的能力。具有重要生态意义的动物在世时。”
研究人员是这种“虚拟古生物学”风格的资深人士，他们使用过数字菊石模型和 3D 打印版本来测试有关它们的进化和生活方式的假设。大多数菊石都有盘绕的贝壳，就像今天的鹦鹉螺一样，在海洋中向四面八方飞奔。
但是在PeerJ 上发表的研究人员中，Peterman 和地质与地球物理学助理教授 Ritterbush 探索了一种不同的壳形状——直壳正交锥体。在整个化石记录中，直壳在不同的谱系中进化了几次，这表明它们具有一些适应性价值。
“这很重要，因为正锥体跨越了大量时间，并由数百个属 [属的复数] 代表，”彼得曼说，许多重建和立体模型将正锥体显示为像鱿鱼一样的水平游泳者。“它们是海洋生态系统的主要组成部分，但我们对它们的游泳能力知之甚少。”
因此，他和 Ritterbush对 Baculitescompressus的化石进行了 3D 扫描，这是一种生活在白垩纪的正锥体物种，并设计了四个不同的数字模型，每个模型都具有不同的物理特性。在此处查找正交锥体数字模型。
他们如何知道如何对模型的结构进行加权?“数学，”彼得曼说。他们调整了模型中的质心和配重，代表了正交锥体可能在其生命周期中保持的软组织和充满空气的空隙之间的平衡。“由此产生的模型与活体动物一样平衡，可以非常详细地分析它们的运动，”他说。
由此产生的 3D 打印模型几乎有两英尺长。在 U's George S. Eccles 学生生活中心的 Emma Janusz 和 Mark Weiss 的帮助下，研究人员在 Crimson Lagoon 泳池的 7 英尺深的部分设置了一个摄像头，并将模型放到水下，看看它们是如何自然生长的动了。
结果清楚地表明，最有效的运动方法是垂直运动，因为左右运动会产生很大的阻力。“我对它们的稳定性感到惊讶，”彼得曼说。“偏离其垂直方向的任何旋转量都会遇到强烈的恢复力矩，因此许多活的正锥体物种可能无法改变自己的方向。此外，喷射推力的来源非常低，以至于在横向运动期间，摇晃会损失能量。”
结果还表明，正锥体可能在带壳的头足类动物中具有很高的速度。这在逃避捕食者方面可能会派上用场。查看池实验的结果并计算逃离现代捕食者所需的时间(作为正锥体早已灭绝的捕食者的替身)，他们发现正锥体可能已经能够以足够快的速度向上喷射以逃避类似于鳄鱼或鲸鱼。然而，他们可能没有像鲨鱼这样的快速游泳者那么幸运。
所以大多数种类的正锥体不可能过着水平游泳的生活方式。“相反，”彼得曼说，“贝壳中没有配重的物种采取了垂直生活习惯，要么在海底附近觅食，要么在水柱中垂直迁移。虽然正锥体不像现代鱿鱼那样运动或活跃，但它们本可以保持能够通过向上闪避来挫败掠食者。”
Peterman 和 Ritterbush 以及最近从辛辛那提博物馆中心毕业的 Nicholas Hebdon 和 Ryan Shell 也对torticones进行了一系列类似的实验，这些小头足类动物的外壳呈螺旋状。结果将发表在美国石油地质学家协会和怀俄明州地质协会特别卷——白垩纪洞察：建立在威廉 A. 科班 (1916-2015) 的遗产上。彼得曼说，虽然斜锥体也可能更喜欢垂直运动，但它们的形状在水中造成了不同的结果。“虽然正锥体是垂直运动的大师，但斜锥体是旋转的大师。”
今天的许多软体动物都有类似的螺旋壳，一些研究人员之前假设蛞蝓可能有类似的生活方式，沿着海底爬行。“然而，”彼得曼说，“静水模型表明，torticone ammonoids 的有腔壳具有中性浮力的能力，这可以将它们从海底解放出来。这些 ammonoids 经历不同形式的运动，只有在自由游泳的生活方式中才有可能.”
在 50 加仑水箱中进行的实验中(此处以数字方式提供的 6 英寸长的torticone 模型不需要游泳池)，该团队发现由于torticone 的形状，torticone 在水中自然而有效地旋转壳，下降时正面朝前轻轻旋转，上升时向相反方向旋转。此外，他们发现，相对于质心放置螺旋锥的推力源会提高主动旋转的效率。
彼得曼说，在下降时旋转可能有助于torticones进食，使它们能够以小型浮游生物为食。
“我很惊讶 torticones 可以轻松旋转，”彼得曼说。“即使是呼吸[鳃通气]这样的小推力也可能产生每秒 20 度的旋转。”
orthocones 和 torticones，由于它们在整个化石记录中反复出现，不仅表明头足类动物发现直壳或螺旋壳的某些优势，而不是它们的鹦鹉螺形盘绕壳，而且未盘绕的壳可能随着时间的推移而进化“生态饱和”，当盘绕头足类动物的生态位已满时。
彼得曼说，这项工作要求对我们对古代海洋的设想进行修改。
“这些实验，”他说，“改变了我们对古代生态系统的理解。这些动物不是像蜗牛一样沿着海底爬行，也不是像现代乌贼一样快速游泳，而是采取了相当独特的生活方式。这些实验通过绘画提高了我们对这些动物的理解一幅古代海景图，上面点缀着旋转的螺旋头足类动物和垂直定向的正锥体。”
