Морские звезды используют гениальную децентрализованную систему для передвижения
Морские звезды способны ловко карабкаться по самым сложным поверхностям без единого командного центра в виде мозга. Новое исследование раскрывает секрет их удивительной локомоции: сотни «ножек» под каждым лучом действуют по принципу умной децентрализованной сети, адаптируясь к нагрузке и даже силе тяжести.
Фото: wikimedia.org
Морские звезды — истинные альпинисты океана. Они легко перемещаются по вертикальным скалам, илистому дну, песку и даже гладкому стеклу, словно не замечая препятствий. И всё это они проделывают, не имея ни централизованной нервной системы, ни тем более мозга, который координировал бы движения.
Как же им это удаётся? Ответ на этот вопрос нашла международная команда биологов и инженеров, изучившая механизм передвижения обыкновенной морской звезды. Оказалось, что её локомоция — это образец умной децентрализованной системы, где сотни независимых элементов работают слаженно, адаптируясь к меняющимся условиям без единого центра управления.
Секрет кроется в нижней стороне каждого луча морской звезды, усеянной рядами гидравлических трубок — так называемых амбулакральных ножек. Каждая представляет собой гибкий мускулистый стержень, работающий по принципу гидравлики: перекачивая жидкость по системе водных сосудов, он приводит себя в движение.
На кончике стержня находится плоский гибкий диск, который выделяет клейкую белковую слизь, позволяющую ножке прикрепляться к поверхности и так же легко открепляться. У морской звезды на каждом луче расположено по четыре ряда таких трубок, а значит, для движения необходимо координировать работу сотен независимых конечностей одновременно.
Учёные решили выяснить, как именно происходит эта координация. Для этого они провели эксперимент, в котором морские звезды ползли по специальному стеклу с высокой преломляющей способностью. Всякий раз, когда ножка животного соприкасалась со стеклом, это меняло преломление света, и место контакта подсвечивалось яркой точкой. Этот метод позволил точно визуализировать, какие именно ножки задействованы в каждый момент движения.
Исследователи обнаружили удивительную закономерность: скорость ползания морской звезды оставалась примерно одинаковой независимо от того, сколько ножек одновременно касалось поверхности. Однако, когда время «прилипания» каждой ножки увеличивалось, общая скорость передвижения замедлялась.
Это навело учёных на мысль, что морская звезда регулирует движение не через центральную нейронную команду, а путём локального изменения продолжительности контакта каждой ножки в ответ на механическую нагрузку. Чтобы проверить эту гипотезу, они провели ещё один эксперимент — снабдили морских звёзд своеобразными «рюкзаками», увеличивающими их вес на 25 и 50 процентов. Как и предполагалось, дополнительная нагрузка привела к значительному увеличению времени сцепления каждой ножки с поверхностью.
Команда исследователей также изучила, как морские звезды передвигаются в перевёрнутом положении — по «потолку» своего вольера. Оказалось, что и в этом случае ножки идеально адаптируют своё поведение к изменённой силе тяжести, регулируя силу и продолжительность контакта.
«В совокупности наши результаты показывают, что морские звезды приспосабливают своё передвижение к изменяющимся механическим требованиям, модулируя взаимодействие стопы с субстратом, — заключают авторы исследования. — Это раскрывает надёжную децентрализованную стратегию навигации по разнообразной и сложной местности».
Свежие комментарии