Ученые раскрыли секрет движения морских звезд без мозга
Морские звезды, несмотря на отсутствие центрального мозга, демонстрируют удивительно адаптивную и скоординированную манеру передвижения по самым сложным поверхностям. Новое исследование международной команды биологов и инженеров раскрыло механизм, лежащий в основе этого умения, который основан на децентрализованном контроле сотен крошечных конечностей.
Каждая морская звезда вида Asterias rubens (обыкновенная морская звезда) обладает сотнями амбулакральных ножек — гибких мышечных трубок с присосками на концах. Для перемещения животному необходимо координировать работу всех этих независимых органов без помощи центральной нервной системы. Ученые выяснили, что ключ к успеху лежит в способности ножек самостоятельно модулировать время контакта с поверхностью в зависимости от механической нагрузки.
В ходе эксперимента исследователи наблюдали за перемещением морских звезд по специальному освещенному стеклу, которое ярко подсвечивало точки соприкосновения каждой ножки. Оказалось, что скорость ползания звезды практически не зависит от количества одновременно задействованных ножек. Однако она снижается, если время сцепления каждой отдельной ножки с поверхностью увеличивается. Это изменение продолжительности контакта и является основным регулирующим параметром.
Для проверки гипотезы о влиянии нагрузки ученые поместили на морских звезд своеобразные «рюкзаки», увеличивавшие массу тела на 25 и 50 процентов. Как и предполагалось, дополнительный вес привел к значительному увеличению времени адгезии каждой ножки, что подтвердило способность системы к автономной адаптации. Аналогичная регуляция наблюдалась и при движении вверх ногами: ножки изменяли характер контакта с субстратом в ответ на изменение силы тяжести.
Таким образом, исследование показывает, что морские звезды используют надежную децентрализованную стратегию для навигации по разнообразному рельефу. Их локомоция адаптируется к меняющимся механическим требованиям не за счет централизованных команд, а через саморегуляцию взаимодействий между сотнями ножек и поверхностью.
Работа была в научном журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.