Морські зірки пересуваються без мозку завдяки унікальній системі

Морські зірки, або морські зорі, виявилися майстрами лазіння. Ці багаторукі безхребетні долають вертикальні, горизонтальні та навіть перевернуті поверхні. Здається, немає такого субстрату, який був би для них занадто скелястим, слизьким, піщаним чи скляним. І все це вони роблять без централізованої нервової системи, не кажучи вже про мозок.

Нове дослідження міжнародної команди біологів та інженерів показує, що пересування морських зірок є доволі розумним процесом. Вбудовані механізми дозволяють цим створінням кардинально адаптувати свій рух залежно від складності завдання, попри відсутність центрального контролю.

Нижня частина кожного променя морської зірки вкрита рядами гідравлічних амбулакральних ніжок, або подій. Трубка являє собою гнучкий м'язовий стовбур, який перекачує рідину через водно-судинну систему для забезпечення руху. Ніжка на кінці стовбура являє собою сплощений гнучкий диск, який виділяє багатий білками клейкий слиз для прикріплення до поверхонь. Можливо, існує також слиз для відліплення.

Звичайна морська зірка Asterias rubens має чотири ряди амбулакральних ніжок на кожному промені. Це означає, що для пересування їй потрібно координувати роботу сотень незалежних кінцівок.

Автори дослідження пояснюють, що на відміну від багатьох тварин, морські зірки демонструють менш очевидний зв'язок між масою тіла та швидкістю повзання. Загалом кажучи, більші тіла зазвичай означають меншу швидкість, як і більша кількість кінцівок. Але це не стосується Asterias rubens.

Щоб детально розглянути, які ніжки беруть участь у русі в будь-який момент часу, науковці вимірювали зміни світла, коли морські зірки повзали по освітленому високорефракційному склу в лабораторії. Цей метод виявився корисним для візуалізації ніжок комах, тварин та людини.

Кожного разу, коли морська зірка торкалася спеціального скла, вона змінювала спосіб заломлення світла, освітлюючи область контакту яскравою крапкою сліду ніжки морської зірки.

Морські зірки повзали приблизно з однаковою швидкістю незалежно від того, скільки їхніх амбулакральних ніжок контактувало з субстратом. Однак коли час прилипання ніжки збільшувався, швидкість повзання сповільнювалася.

Це свідчить про те, що морські зірки регулюють час роботи кожної ніжки не через центральну систему нейронів, а змінюючи тривалість контакту у відповідь на механічне навантаження. Цю теорію додатково підтвердили, надівши на морських зірок зважені рюкзаки, щоб побачити, як додаткові зусилля впливають на їхню ходу.

Рюкзаки додавали або 25, або 50 відсотків від загальної маси тіла морської зірки. Як і передбачалося, це додаткове навантаження значно збільшило час прилипання для кожної ніжки.

Дослідники також вивчили перевернуте пересування, коли морські зірки ходять по стелі свого вольєра. Це робилося як експериментально, так і за допомогою моделювання. Виявилося, що амбулакральні ніжки коригують свою поведінку контакту, коли тварина орієнтована догори ногами відносно сили тяжіння.

Разом ці висновки демонструють, що морські зірки адаптують свій рух до мінливих механічних вимог шляхом модуляції взаємодії ніжок з субстратом. Це виявляє надійну децентралізовану стратегію для навігації різноманітними та складними ландшафтами.

Дослідження показує, що навіть без мозку та централізованої нервової системи морські зірки здатні ефективно пересуватися по найрізноманітніших поверхнях. Їхня система руху базується на локальних реакціях окремих ніжок на механічне навантаження, що дозволяє їм автоматично адаптуватися до умов середовища.

Ця децентралізована стратегія руху може мати важливе значення не лише для розуміння біології морських зірок, але й для розробки роботизованих систем, здатних пересуватися складною місцевістю без складного центрального управління. Природа знову демонструє елегантні рішення складних завдань через прості, але ефективні механізми.