Сороконожки не только ходят по суше, но и плавают в воде.
Исследователи из Университета Тохоку, Швейцарского федерального технологического института в Лозанне, Университета Оттавы и Университета Хоккайдо при поддержке Human Frontier Science Program впервые расшифровали гибкий механизм управления моторикой, лежащий в основе передвижения земноводных., или способность ходить по суше и плавать в воде, как сороконожки.
Животные адаптивно передвигаются в различных средах, гибко координируя свое тело и конечности. В частности, амфибии, такие как саламандры и некоторые рыбы, обладают выдающейся приспособляемостью: они могут перемещаться между качественно различными субстратами, т.е.д., на суше и в воде, гибко меняя модели координации своего тела в режиме реального времени. Основные механизмы, лежащие в основе того, как амфибии координируют свое тело и придатки во время адаптивного передвижения, долгое время оставались неясными.
Чтобы решить эту проблему, исследователи во главе с профессором Акио Исигуро из Научно-исследовательского института электрических коммуникаций Университета Тохоку сосредоточили свое внимание на разновидности многоножек, названной Scolopendra subspinipes mutilans. Эта многоножка ходит по суше, координируя свои многочисленные ноги, но когда ее погружают в воду, она складывает ноги и плавает, сгибая туловище, подобно угрю. Однородная и сегментированная структура тела многоножки облегчает визуализацию изменений в поведении, когда она пересекает наземную и водную среду, что делает ее отличной моделью животного.
Исследователи наблюдали за переходом между ходьбой и плаванием у неповрежденных животных и животных с перерезанным нервом и предположили, что взаимодействие между центральной нервной системой, периферической нервной системой, телом и окружающей средой может объяснить переходы походки. В частности, они предположили, что сигналы ходьбы или плавания, генерируемые в мозгу, отправляются назад через распределенные нейронные сети, принадлежащие центральной нервной системе и расположенные вдоль тела; эти мозговые сигналы могут быть подавлены сенсорными сигналами, воспринимаемыми периферической нервной системой ног, когда они касаются земли во время ходьбы. Исследователи математически описали этот многосигнальный механизм и воспроизвели поведение многоножек в различных ситуациях с помощью компьютерного моделирования.
Исследователи надеются, что это открытие проливает свет на основной механизм, лежащий в основе адаптивной и универсальной локомоции животных. Это также поможет разработать роботов, которые могут перемещаться в различных средах, гибко изменяя схемы координации тела.