Слизь и сотни ножек: как морские звезды ходят по потолку

Морские звезды умеют передвигаться там, где большинство животных теряют сцепление с поверхностью. Они ползают по вертикалям, потолкам и скользким плоскостям, не имея мозга и централизованной нервной системы. Новое исследование показало, что за этой кажущейся простотой скрывается удивительно гибкая и "разумная" механика движения. Об этом сообщает журнал Proceedings of the National Academy of Sciences.

Как двигаются морские звезды

Каждая конечность морской звезды с нижней стороны покрыта рядами трубчатых ножек — подий. Эти структуры работают за счет водно-сосудистой системы: жидкость перекачивается внутри ножки, позволяя ей вытягиваться, сокращаться и прикрепляться к поверхности. На кончике каждой подии расположен уплощенный диск, выделяющий клейкую слизь, которая обеспечивает надежное сцепление и последующее отклеивание.

У обыкновенной морской звезды (Asterias rubens) на каждом луче расположены четыре ряда таких ножек. В сумме животному приходится координировать работу сотен независимых элементов, чтобы просто ползти вперед.

Подобная организация движения перекликается с тем, как устроены и другие морские беспозвоночные, включая организмов нейстона, адаптированных к экстремальным условиям среды.

Необычная связь между размером и скоростью

Авторы исследования отмечают, что морские звезды ведут себя не так, как большинство животных. Обычно увеличение массы тела или количества конечностей приводит к снижению скорости. Однако у Asterias rubens такой зависимости почти не наблюдается: скорость ползания остается стабильной даже при изменении числа задействованных ножек.

Чтобы понять, какие именно подии участвуют в движении в каждый момент времени, ученые использовали стекло с высокой преломляющей способностью и яркую подсветку. Когда ножка касалась поверхности, в месте контакта появлялась светлая точка — своего рода "отпечаток", позволивший точно отследить механику движения.

Ходьба без мозга

Эксперименты показали, что скорость ползания почти не зависит от количества ножек, соприкасающихся с поверхностью. Однако она заметно снижается, если увеличивается время контакта подий с субстратом. Это навело исследователей на мысль, что морские звезды регулируют движение не за счет нейронного контроля, а через локальную реакцию на нагрузку.

Чтобы проверить гипотезу, животным надевали небольшие "рюкзаки", увеличивавшие массу тела на 25 и 50 процентов. Дополнительный вес приводил к тому, что каждая ножка дольше оставалась прикрепленной к поверхности, подтверждая идею механической адаптации без участия централизованного управления.

Передвижение вверх ногами

Ученые также изучили, как морские звезды ведут себя при передвижении по "потолку" аквариума. В этом положении подии изменяли характер взаимодействия с поверхностью, реагируя на действие силы тяжести иначе, чем при обычном ползании.

Работа показывает, что эффективное и гибкое движение возможно даже без мозга и централизованной нервной системы. Этот принцип децентрализованного управления дополняет представления о том, как могут работать сложные биологические системы, включая независимое управление конечностями у головоногих моллюсков.

Морские звезды в очередной раз продемонстрировали, что эволюция умеет находить нетривиальные решения, позволяющие организму быть "умным" даже без привычных для нас механизмов управления.