Морские звезды — удивительные создания, чья анатомия кажется почти инопланетной. У них нет ни мозга, ни крови, ни центральной нервной системы. Тем не менее они успешно перемещаются по дну. Как им это удается? Ответ на этот вопрос нашла международная команда исследователей, опубликовавшая работу в журнале Proceedings of the National Academy of Sciences. Ранее ученые выяснили, что морской еж думает и «видит» всем телом. 

Ученые выяснили, что морские звезды используют для движения локальную механическую обратную связь. Проще говоря, их «ноги» работают автономно, без команд от какого-либо центра — то есть того самого отсутствующего мозга.

Каждый луч морской звезды усыпан множеством гибких трубочек-ножек. На конце каждой — маленькая присоска. По самим трубочкам движется жидкость, которая помогает присоске приклеиваться к поверхности и отклеиваться от нее. Ученые давно изучили эту систему, но не понимали, как сотни ножек координируют работу без единого «командного центра».

Исследователи сосредоточилась на изучении обыкновенной морской звезды (Asterias rubens). Чтобы увидеть процесс в деталях, они использовали специальный метод подсветки. Морская звезда ползала по стеклу, а датчики фиксировали в реальном времени, когда каждая ножка прикрепляется и открепляется. Ученые замеряли время контакта, скорость животного, его вес и размер.

Механика движения

Анализ данных показал, что движение происходит в три четких этапа. Как поясняют авторы работы: «Цикл начинается со стадии прикрепления, когда ножка под углом касается поверхности. Затем следует стадия адгезии — ножка прочно „приклеивается“. И, наконец, стадия открепления, когда она отделяется, готовясь к новому шагу».

Ключевым открытием стало то, что скорость морской звезды зависит не от количества одновременно работающих ножек, а от времени, которое каждая из них проводит «в контакте» с дном. Чем быстрее ножка отлипает, тем быстрее движется все животное. Обычно одна ножка остается прикрепленной недолго — от 3 до 20 секунд.

Эксперименты с рюкзаком и хождением вверх ногами

Чтобы проверить гипотезу, ученые поставили два необычных эксперимента. В первом они с помощью 3D-печати создали для морских звезд крошечные «рюкзаки», увеличивающие их вес. Во втором — заставили животных ползать по стеклу в перевернутом положении, то есть вверх ногами. Оба условия создавали дополнительную нагрузку на трубочки-ножки.

С увеличением веса или при движении против силы тяжести ножки стали дольше удерживаться за поверхность, а общая скорость звезд упала. Биомеханические модели это подтвердили. Это доказывает, что каждая ножка самостоятельно реагирует на механическую нагрузку, регулируя время своего «хвата». Центральной координации не требуется. Ранее мы рассказывали, как спят рыбы.

Полученные знания могут быть крайне полезны в робототехнике, особенно при создании мягких, гибких роботов, которым нужно уверенно передвигаться в сложной и меняющейся среде.