Gwiazdy morskie, znane również jako rozgwiazdy, są niezwykle zwinnymi pojazdami. Poruszają się bez wysiłku po powierzchniach pionowych, poziomych, a nawet odwróconych – skalistych, śliskich, piaszczystych lub szklanych – a wszystko to bez centralnego układu nerwowego ani mózgu. Nowe badania rzucają światło na to, jak te bezkręgowce osiągają ten niezwykły wyczyn: dostosowując swój ruch do bezpośrednich wymagań fizycznych, zamiast polegać na scentralizowanej kontroli.
Hydrauliczne nogi i klejący szlam
Na spodniej stronie każdego ramienia rozgwiazdy znajdują się rzędy nog z rur hydraulicznych (podium). Te elastyczne, muskularne łodygi pompują płyn przez wodny układ naczyniowy gwiazdy morskiej, umożliwiając ruch. Na końcu każdej łodygi znajduje się płaski, samoprzylepny krążek, który wydziela bogaty w białko śluz zapewniający przyczepność i być może inny śluz umożliwiający oddzielenie, jeśli to konieczne.
Gwiazda morska zwyczajna (Asterias rubens ) do pełzania wykorzystuje setki rurowatych stóp, koordynując je bez centralnego układu nerwowego, który kieruje tym procesem. Naukowcy odkryli, że większe rozgwiazdy nie poruszają się wolniej i że posiadanie większej liczby kończyn nie spowalnia ich: w przeciwieństwie do większości zwierząt rozmiar i liczba kończyn nie determinują szybkości pełzania.
Jak naukowcy badali ruch rozgwiazd
Aby zrozumieć ten zdecentralizowany ruch, naukowcy zastosowali unikalną metodę: oświetlenie w laboratorium szkła o wysokim współczynniku załamania światła. Gdy rozgwiazda pełzała po szkle, załamanie światła utworzyło jasne „odciski” pokazujące, które nóżki rurki były w danym momencie używane.
Wyniki wykazały, że rozgwiazda utrzymywała stałą prędkość pełzania, niezależnie od tego, ile nóg miało kontakt z powierzchnią. Jednakże zwiększenie czasu kontaktu każdej nogi spowalnia ruch. Sugeruje to, że rozgwiazdy regulują swój chód, dostosowując czas trwania kontaktu w oparciu o obciążenie mechaniczne, a nie za pomocą scentralizowanych poleceń neuronowych.
Testowanie obciążenia mechanicznego z plecakami
Aby potwierdzić tę teorię, zespół przetestował rozgwiazdy z obciążonymi plecakami, dodając 25% lub 50% ich masy ciała. Dodatkowe obciążenie w przewidywalny sposób zwiększyło czas przyczepności każdej rurowej nogi, co dodatkowo potwierdza pogląd, że wymagania mechaniczne bezpośrednio wpływają na ruch.
Eksperymenty z odwróconą lokomocją – rozgwiazdą pełzającą po „suficie” – wykazały tę samą zasadę: rurowe stopy dostosowują zachowanie kontaktu w zależności od grawitacji. Oznacza to, że rozgwiazda nie potrzebuje mózgu, aby przystosować się do innego terenu lub orientacji.
Zdecentralizowana strategia dla złożonych powierzchni
Z badania wynika, że rozgwiazdy poruszają się po skomplikowanych powierzchniach, stosując solidną, zdecentralizowaną strategię. Modulują interakcję nóżek rurowych z podłożem w czasie rzeczywistym, dostosowując się do wymagań mechanicznych bez polegania na centralnym układzie nerwowym. To odkrycie zapewnia fascynujące spojrzenie na to, jak złożony ruch może rozwijać się nawet przy braku tradycyjnej kontroli neuronowej.
Badanie wykazało, że gwiazdy morskie skutecznie „wyczuwają” swoje otoczenie, dostosowując chwyt i czas kontaktu w oparciu o natychmiastową fizyczną informację zwrotną. To zdecentralizowane podejście świadczy o sile prostych mechanizmów biologicznych w rozwiązywaniu złożonych problemów związanych z lokomocją.
