Морские звезды координируют сотни своих ножек, несмотря на отсутствие мозга

Фото из открытых источников

Морские звезды — мастера лазания. Эти многорукие беспозвоночные передвигаются по вертикальным, горизонтальным и даже перевёрнутым поверхностям: кажется, для них нет слишком каменистого, скользкого, песчаного или стекловидного субстрата. И делают они это без центральной нервной системы, не говоря уже о мозге. Результаты нового исследования были опубликованы в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences.

В новой статье, написанной международной группой биологов и инженеров, показано, что передвижение морских звезд, тем не менее, довольно умно, обладая встроенными функциями, позволяющими им кардинально адаптировать свои движения в зависимости от поставленной задачи (или, скорее, от движения конечности), несмотря на отсутствие централизованного управления.

Нижняя сторона каждой конечности морской звезды усеяна рядами гидравлических трубчатых ножек, или подий. «Трубка» представляет собой гибкий мускулистый стержень, который перекачивает жидкость через водно-сосудистую систему, обеспечивая движение. «Ножка» представляет собой уплощенный, гибкий диск на кончике стебля, из которого выделяется богатая белками клейкая слизь, позволяющая прикрепляться к поверхностям (а потенциально и отклеиваться).

У обыкновенной морской звезды (Asterias rubens) на каждом щупальце четыре ряда трубчатых ножек, а это значит, что для ползания ей необходимо координировать движения сотен независимых конечностей.

«В отличие от многих животных, у морских звезд наблюдается менее прямолинейная зависимость между массой тела и скоростью передвижения», — объясняют авторы статьи. В общих чертах, больший размер тела, как правило, означает меньшую скорость, как и большее количество конечностей. Но это не относится к Asterias rubens.

Чтобы точно определить, какие именно конечности участвовали в движении в тот или иной момент, ученые измеряли изменения освещенности, когда морские звезды ползали по освещенному, высокопреломляющему стеклу в лаборатории. Этот метод оказался полезным для визуализации конечностей насекомых, животных и человека .

При каждом соприкосновении морской звезды со специальным стеклом изменялся характер преломления света, освещая область контакта яркой точкой, напоминающей отпечаток лапы морской звезды.

Морские звезды ползали примерно с одинаковой скоростью независимо от того, сколько их амбулакральных ножек соприкасалось с субстратом, но по мере увеличения времени контакта амбулакральных ножек с субстратом скорость их ползания замедлялась.

Это позволяет предположить, что морские звезды регулируют время контакта каждой ноги не с помощью центральной системы нейронов, а изменяя продолжительность контакта в ответ на механическую нагрузку: эта теория дополнительно подтверждается тем, что морским звездам надевали утяжеленные рюкзаки, чтобы посмотреть, как дополнительные усилия влияют на их походку.

Рюкзаки добавляли либо 25, либо 50 процентов от общей массы тела морской звезды. Как и предполагалось, эта дополнительная нагрузка значительно увеличила время сцепления каждой лапки.

«Мы дополнительно исследовали перевернутое передвижение [то есть, ходьбу морских звезд по «потолку» своего вольера] как экспериментально, так и с помощью моделирования, и обнаружили, что амбулакральные ножки изменяют свое поведение при контакте с поверхностью, когда животное ориентировано вверх ногами относительно силы тяжести», — сообщают авторы. «В совокупности наши результаты показывают, что морские звезды адаптируют свое передвижение к изменяющимся механическим нагрузкам, модулируя взаимодействие амбулакральных ножек с субстратом, что свидетельствует о надежной децентрализованной стратегии навигации по разнообразной и сложной местности».