Как осьминоги не запутываются в узлы
Щупальца осьминога покрыты сотнями присосок, которые прилипают практически к чему угодно, с одним важным исключением. Эти присоски, как правило, не хватаются за самого осьминога; иначе эти впечатляюще гибкие животные быстро оказались бы запутанными.
Исследователи из Еврейского университета в Иерусалиме сообщают 15 мая в публикации Current Biology от Cell Press, что обнаружили, как осьминогам удается этот трюк, даже когда их мозг не осознает, что делают щупальца. Химическое вещество, вырабатываемое кожей осьминога, временно предотвращает присасывание.
«Мы были удивлены, что никто до нас не заметил этого очень надежного и легко обнаруживаемого явления», — говорит Гай Леви, проводивший исследование с соавтором Ниром Нешером. «Мы были совершенно поражены блестящим и простым решением осьминога этой потенциально очень сложной проблемы».
Биньямин Хохнер и его коллеги много лет работали с осьминогами, уделяя особоещение их гибким щупальцам и моторному контролю тела. Есть веская причина, по которой осьминоги не знают точного положения своих щупалец, в отличие от людей или других животных.
«Наша система моторного контроля основана на довольно фиксированном представлении моторных и сенсорных систем в мозге в формате карт, имеющих координаты частей тела», — объясняет Хохнер.
Это работает для нас, потому что наш жесткий скелет ограничивает количество возможностей. «Трудно представить, что аналогичные механизмы функционируют в мозге осьминога, потому что его очень длинные и гибкие щупальца имеют бесконечное число степеней свободы», — продолжает Хохнер. «Поэтому использование таких карт было бы для осьминога чрезвычайно трудным, а может быть, и невозможным».
Действительно, эксперименты подтвердили идею о том, что осьминоги не обладают точным знанием о положении своих щупалец. И это подняло интригующий вопрос: как тогда осьминоги избегают того, чтобы запутаться в узлы?
Чтобы ответить на этот вопрос, исследователи наблюдали за поведением ампутированных щупалец осьминога, которые остаются очень активными в течение часа после отделения. Эти наблюдения показали, что щупальца никогда не хватались за кожу осьминога, хотя они хватались за очищенную от кожи конечность. Щупальца также не хватались за чашки Петри, покрытые кожей осьминога, и прикреплялись к чашкам, покрытым экстрактом кожи осьминога, с гораздо меньшей силой, чем обычно.
«Полученные на данный момент результаты впервые показывают, что кожа осьминога предотвращает прикрепление щупалец друг к другу или к себе рефлекторным образом», — пишут исследователи. «Резкое снижение реакции на грубый экстракт кожи предполагает, что специфический химический сигнал в коже опосредует ингибирование захвата присосками».
В отличие от поведения ампутированных щупалец, живые осьминоги могут отменять этот автоматический механизм, когда это удобно. Живые осьминоги иногда хватают ампутированную конечность, и, по-видимому, они чаще делают это, когда эта конечность ранее не принадлежала им самим.
Хохнер и его коллеги еще не идентифицировали активный агент в поведении животных по избеганию самих себя, но говорят, что это еще одна демонстрация интеллекта осьминога. Эта стратегия самоизбегания может даже найти применение в биоинспирированном дизайне роботов.
«Мягкие роботы имеют преимущества, поскольку они могут изменять форму своего тела», — говорит Нешер. «Это особенно полезно в незнакомых средах со множеством препятствий, которые можно обойти только с помощью гибких манипуляторов, таких как внутренняя среда человеческого тела».
Фактически, исследователи делятся своими выводами с проектом Европейской комиссии STIFF-FLOP, направленным на разработку гибкого хирургического манипулятора в форме щупальца осьминога. «Мы надеемся и верим, что этот механизм найдет отражение в таких новых классах роботов и их системах управления», — говорит Хохнер.