Щупальца осьминога демонстрируют удивительный диапазон движений в новом каталоге поведения
Щупальца осьминога — одни из самых гибких структур в биологическом мире. Их ловкость настолько необыкновенна, что исследователи в робототехнике хотят изучить секреты их движений, надеясь применить те же принципы. Они представляют себе мягкие, гибкие роботизированные манипуляторы, которые, подобно тактильным щупальцам осьминога, смогут искать и выполнять задачи в узких и тесных пространствах, например, доставлять спасательные воду и еду людям, оказавшимся под завалами разрушенных зданий.
Исследователи из Marine Biological Laboratory (MBL) в Вудс-Холе и Florida Atlantic University (FAU) опубликовали самое детальное на сегодняшний день исследование сложных движений щупалец осьминога.
Они записали на видео 25 осьминогов в их естественной среде обитания в шести разных локациях в Атлантике, Карибском бассейне и в Испании и разработали систематический каталог диапазона движений их щупалец в связи с поведением, таким как поиск пищи и локомоция. Результаты опубликованы в журнале Scientific Reports.
«Я давно пытаюсь понять естественное поведение головоногих в их естественной среде обитания», — сказал старший научный сотрудник MBL Роджер Хэнлон, в лаборатории которого проводилось новое исследование. Это исследование представляет собой первый полный этограмм, или детальный каталог, поведения щупалец осьминога в дикой природе и основывается на более ранней работе команды Хэнлона, изучавшей движения щупалец осьминога в аквариумах.
«Изучение и запись поведения диких осьминогов в полевых условиях дали нам возможность проанализировать более широкий поведенческий репертуар и лучше понять, как они используют свои щупальца для достижения таких сложных форм поведения», — сказала научный сотрудник FAU и первый автор Челси Беннис.
Сады осьминогов
Поведение осьминога в гораздо большей степени направляется сенсорными органами в присосках его щупалец, чем зрением, сказал Хэнлон. «Осьминог — очень тактильное животное, оно больше тактильное, чем визуальное».
Они также чрезвычайно хороши в камуфляже, динамически меняя цвет и текстуру кожи, чтобы слиться с окружающей средой. Поэтому просто найти их для записи поведения было настоящей проблемой.
В основном, дайверы команды Хэнлон и Беннис сначала находили среду обитания животного (осьминоги — неаккуратные едоки и часто оставляют остатки пищи возле своих укрытий). Затем они ждали возвращения осьминога и наблюдали за его активностью в последующие дни. Осьминоги проводят около 80% времени в своих логовах, выходя наружу лишь один или два раза в день для поиска пищи.
«Я твердо верю, что нужно погрузиться в естественный мир, и особенно в сенсорный мир, любого изучаемого животного», — сказал Хэнлон, который занимается дайвингом для изучения осьминогов уже более 25 лет.
Шесть мест обитания осьминогов в этом исследовании варьировались от гладкого песчаного морского дна до сложных коралловых рифов.
«Полевые работы очень трудоемки, и для получения достоверных данных о естественном поведении требуется много удачи», — сказал Хэнлон.
Детальный анализ
Команда просматривала свои полевые записи секунда за секундой, чтобы каталогизировать не только каждое движение каждого из восьми щупалец 25 осьминогов, но и разделить каждое щупальце на три секции и отдельно задокументировать их движения.
Соавтор исследования Кендра Бюреш из MBL отмечает, что впервые каталогизирован полный диапазон 12 различных типов движений щупалец осьминога.
«Это действия, из которых складывается весь комплекс поведения осьминога», — сказала она.
Среди новых открытий — то, что, хотя все части щупальца осьминога способны на полный диапазон различных движений, некоторые из них происходят чаще в одной части, чем в другой. Например, удлинение и укорочение происходят в основном у основания щупальца, а изгиб — в основном на кончике.
Щупальца могут выполнять множество задач: от локомоции — «ходьбы» по морскому дну или плавания над ним — до зондирования расщелин рифов в поисках добычи и манипулирования объектами.
Помимо чрезвычайной гибкости, каждое щупальце имеет ~100 присосок, содержащих высокочувствительные сенсорные органы.
«Каждая присоска — это хемотактильный гений, — говорит Хэнлон, — эквивалент человеческого носа, губ и языка, объединенных в одно целое».
После того как подводный аппарат или здание обрушивается, «Как доставить лекарство, телефон или воду тому, кто оказался там внизу? — сказал Хэнлон. — Нужна какая-нибудь извивающаяся маленькая рука с высокой гибкостью, которая не только сможет туда проникнуть, но и сделать что-то полезное по прибытии».