Как морские звезды управляют сотнями ног без мозга и нервной системы

Морские звезды, или астероиды, давно поражают исследователей своей способностью перемещаться по самым разным поверхностям. Эти удивительные существа не только легко преодолевают вертикальные и горизонтальные преграды, но и способны двигаться вверх ногами, словно игнорируя законы гравитации. При этом у них нет ни мозга, ни централизованной нервной системы, что делает их поведение еще более загадочным.

Недавнее исследование, проведенное международной группой биологов и инженеров, проливает свет на то, как морские звезды координируют работу сотен своих трубчатых ножек. Как выяснилось, их движения гораздо сложнее и изощреннее, чем можно было бы предположить, если судить только по внешнему виду этих медлительных обитателей морского дна.

Каждая из пяти лучей морской звезды усеяна рядами крошечных гидравлических ножек - так называемых подий. Эти трубчатые образования состоят из гибкого стебля, по которому циркулирует жидкость, и плоской присоски на конце. Именно благодаря этим присоскам морская звезда может надежно закрепляться даже на самых скользких или шероховатых поверхностях. При необходимости подии выделяют особую слизь, богатую белками, которая помогает им прочно прилипать к субстрату, а иногда и отлипать, если это требуется для движения.

У обычной морской звезды вида Asterias rubens на каждом луче расположено по четыре ряда таких ножек. В сумме это сотни независимых «конечностей», которые должны работать слаженно, чтобы животное могло двигаться. Координация такого количества движущихся частей без централизованного управления - настоящая биологическая загадка.

Ученые решили выяснить, как именно морские звезды управляют своими ножками. Для этого они использовали специальное стекло с высокой степенью преломления света и подсветкой. Когда ножка морской звезды касалась поверхности, в этом месте появлялась яркая точка - своеобразный «отпечаток» контакта. Такой метод позволил исследователям в деталях проследить, какие именно ножки участвуют в движении в каждый момент времени.

Результаты оказались неожиданными. Оказалось, что скорость передвижения морской звезды практически не зависит от того, сколько ножек одновременно соприкасаются с поверхностью. Гораздо важнее оказалось время, в течение которого каждая ножка остается приклеенной к субстрату. Чем дольше ножка удерживает контакт, тем медленнее движется вся звезда.

Чтобы проверить, как морская звезда реагирует на дополнительные нагрузки, ученые снабдили некоторых особей своеобразными «рюкзаками» - грузами, составляющими 25 или 50 процентов от массы тела животного. Под дополнительным весом ножки начинали дольше удерживаться за поверхность, а скорость передвижения заметно снижалась. Это говорит о том, что каждая ножка самостоятельно регулирует свою работу в зависимости от нагрузки, не получая команд от какого-либо центрального органа.

Еще один интересный эксперимент был проведен с морскими звездами, которые перемещались по потолку аквариума, то есть вверх ногами. В этом положении ножки также меняли свою стратегию контакта с поверхностью, подстраиваясь под изменившееся направление силы тяжести. Это еще раз подтверждает, что координация движений у морских звезд происходит децентрализованно, на уровне отдельных ножек.

Исследование показало, что морские звезды способны адаптировать свою походку к самым разным условиям - будь то дополнительный вес, скользкая поверхность или даже перевернутое положение. Их стратегия основана не на централизованном управлении, а на локальных реакциях каждой отдельной ножки на механическую нагрузку. Такой подход обеспечивает удивительную устойчивость и гибкость движений, позволяя морским звездам выживать в самых сложных условиях.

Лично я считаю, что подобные открытия не только расширяют наши представления о возможностях животных без мозга, но и могут вдохновить инженеров на создание новых роботов с децентрализованным управлением. Природа снова доказывает, что иногда самые эффективные решения - самые простые и элегантные.