Как морские звёзды управляют сотнями ног без мозга и центральной нервной системы

Морские звёзды, лишённые мозга, крови и центральной нервной системы, способны передвигаться с помощью сотен амбулакральных ножек (трубчатых ног). Новое исследование, опубликованное в Proceedings of the National Academy of Sciences, раскрывает механизм их движения.

Учёные наблюдали за обыкновенной морской звездой (Asterias rubens). На нижней стороне каждого луча у неё расположены четыре ряда ножек с присосками, работающих как единая сеть для ползания.

Используя метод визуализации FTIR, исследователи в реальном времени отслеживали прикрепление и открепление ножек. Они выяснили, что скорость передвижения регулируется не количеством одновременно контактирующих ног, а временем их сцепления с поверхностью. Цикл движения состоит из трёх стадий: прикрепления, адгезии (удержания) и открепления. Более длительное время контакта замедляет движение.

Также обнаружилось, что более крупные звёзды не имеют пропорционально больших ножек, а увеличивают их количество для лучшего сцепления.

В дополнительных экспериментах звёздам надевали напечатанные на 3D-принтере «рюкзаки» для увеличения веса, а также заставляли их ползать вверх ногами. Оба условия увеличивали время адгезии ножек и замедляли движение, что подтвердило модель локальной механической обратной связи.

Исследователи пришли к выводу, что скоординированное передвижение морской звезды возникает благодаря децентрализованному контролю: каждая ножка автономно регулирует своё поведение на основе механической нагрузки, без участия центрального генератора паттернов.

Полученные знания могут быть применены в робототехнике для создания мягких и многоконтактных роботизированных систем.