Rozgwiazdy nie mają mózgu, ośrodkowego układu nerwowego ani krwi. To jak kontrolują swoje nogi?
To kosmici na Ziemi. Poszczególne części rozgwiazd mają anatomię nie z tego świata, a naukowcy do tej pory zastanawiali się, jak w ogóle mogą się poruszać – pomimo braku mózgu, krwi oraz centralnego układu nerwowego. Teraz wreszcie to wiemy.
Te jedne z najbardziej niezwykłych stworzeń morskich poruszają się dzięki współpracy setek nóżek. Jak jednak rozgwieździe udaje się je koordynować bez mózgu? Zdają się wykorzystywać lokalny, mechaniczny system sprzężenia zwrotnego, a nowe odkrycie badaczy może zrewolucjonizować robotykę.
Czy rozgwiazdy naprawdę nie mają mózgu?
Otóż nie mają ani mózgu, ani OUN, i jest to wyjątkowe w świecie zwierząt. Ich układ nerwowy opiera się na tzw. pierścieniu nerwowym, który otacza otwór gębowy i wysyła nerwy promieniście wzdłuż każdego ramienia. Mają za to wapienny szkielet.
Pierścień nerwowy koordynuje podstawowe reakcje na bodźce środowiskowe, jednak każde ramię posiada autonomię i jest wyposażone we własny szlak nerwowy. To oznacza, że poszczególne części rozgwiazdy mogą wykonywać skomplikowane ruchy bez potrzeby centralnej koordynacji. W efekcie każde ramię może niezależnie reagować na bodźce, a nawet przejąć funkcje utraconych fragmentów.
Setki lepkich nóg, czyli jak porusza się rozgwiazda?
Badacze skupili się na gatunku Asterias rubens – rozgwieździe czerwonej – znanej z nietypowej budowy ciała i zaskakującej gracji w poruszaniu się. Każde ramię drapieżnika wyposażone jest w liczne nóżki ambulakralne – struktury zakończone przyssawkami, które przylegają i odrywają się od podłoża dzięki systemowi wodnemu.
System ten – określany jako naczyniowy układ wodny – odpowiada również za transport składników odżywczych po organizmie. Rozgwiazdy wykorzystują wodę tak, jak inne organizmy wykorzystują krew.
Mechanizm ruchu bez centralnej koordynacji
Badania opublikowane w czasopiśmie „PNAS” wykazały, że każda nóżka ambulakralna autonomicznie reguluje swoje zachowanie na podstawie lokalnych mechanicznych sprzężeń zwrotnych. Zamiast centralnego wzorca ruchu każda nóżka dostosowuje czas przylegania do podłoża w zależności od obciążenia i środowiska. Dłuższy kontakt oznacza stabilniejszy, ale wolniejszy ruch.
Ponadto u rozgwiazd nie istnieje proporcjonalne powiększanie nóżek w przypadku większych osobników. Rozgwiazdy większych rozmiarów wykorzystują po prostu więcej nóżek jednocześnie, zwiększając powierzchnię przyczepu i stabilność.
Każda nóżka podejmuje decyzje indywidualnie
Technika obrazowania FTIR pozwoliła naukowcom zaobserwować w czasie rzeczywistym, jak każda nóżka indywidualnie podejmuje decyzje o przyczepieniu lub oderwaniu się od powierzchni. Efektem decentralizacji jest doskonała adaptacja do zmiennych warunków środowiska.
W sytuacji większego obciążenia lub podczas chodzenia do góry nogami kontakt każdej nóżki z podłożem się wydłuża, a ruch staje się wolniejszy. Według naukowców to dowodzi, że cała koordynacja odbywa się lokalnie, bez udziału centralnego generatora wzorców ruchowych.
Autonomia sposobem na przetrwanie
Jedną z ciekawszych cech rozgwiazdy wynikających z autonomii jest umiejętność regeneracji ramion. Po utracie kończyny rozgwiazda jest w stanie odbudować brakujący fragment, a niektóre gatunki potrafią nawet zregenerować cały organizm z jednego ramienia pod warunkiem, że zawiera ono część centralnego dysku. Czyli z jednej rozgwiazdy może powstać... kilka rozgwiazd.
Inną strategią przetrwania jest odrzucanie własnych ramion pod wpływem zagrożenia. Proces ten także nie wymaga decyzji podjętej przez centralny mózg, lecz jest wynikiem działania hormonów oraz lokalnych sygnałów nerwowych. Takie działanie pozwala rozgwieździe na odwrócenie uwagi drapieżnika i zwiększa szanse na przeżycie.
Czy rozgwiazdy to roboty przyszłości?
Wyniki eksperymentów wskazują na nowy, zdecentralizowany model sterowania ruchem, który może stanowić inspirację dla konstrukcji robotów. Rozgwiazda czerwona udowadnia, że złożone i adaptacyjne poruszanie się jest możliwe bez centralnego ośrodka kontroli – wystarczy lokalna informacja zwrotna i biomechaniczne sprzężenie nóżek ambulakralnych.
Zrozumienie tego przedziwnego mechanizmu może pomóc w opracowaniu miękkich, wielopunktowych systemów robotycznych zdolnych do działania nawet w zmiennych warunkach. Taka inspiracja biologiczna może zrewolucjonizować technologie w dziedzinach takich jak robotyka ratunkowa czy eksploracyjna. Czy czekają nas nowe robo-rozgwiazdy?
Źródło: PNAS, Britannica, MarineBio Conservation Society
Nasz autor
Jonasz Przybył
Redaktor i dziennikarz związany wcześniej m.in. z przyrodniczą gałęzią Wydawnictwa Naukowego PWN, autor wielu tekstów publicystycznych i specjalistycznych. W National Geographic skupia się głównie na tematach dotyczących środowiska naturalnego, historycznych i kulturowych. Prywatnie muzyk: gra na perkusji i na handpanie. Interesuje go historia średniowiecza oraz socjologia, szczególnie zagadnienia dotyczące funkcjonowania społeczeństw i wyzwań, jakie stawia przed nimi XXI wiek.