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 двигателем, лежащий в основе передвижения амфибий, или способность к ходить по суше и плавать в воде, в сороконожках.
Животные адаптивно передвигаются в различных средах, гибко координируя свое тело и конечности.
В частности, земноводные, такие как саламандры и некоторые рыбы, обладают выдающейся приспособляемостью: они могут перемещаться между качественно разными субстратами, т. Е.е., земля и вода, гибко изменяя схемы координации своего тела в режиме реального времени. Существенные механизмы, лежащие в основе того, как земноводные животные координируют свое тело и придатки во время адаптивного передвижения, долгое время были неуловимы.
Чтобы решить эту проблему, исследователи под руководством профессора Акио Исигуро из Исследовательского института электрических коммуникаций Университета Тохоку сосредоточили внимание на разновидности сороконожки, названной Scolopendra subspinipes mutilans. Эта сороконожка ходит по суше, координируя свои многочисленные ноги, но когда ее помещают в воду, она складывает ноги и плавает, сгибая туловище, как у угря.
Однородная и сегментированная структура тела многоножки облегчает визуализацию поведенческих изменений при переходе между земной и водной средами, что делает ее отличной моделью животного.
Исследователи наблюдали за интактными животными и животными с перерезанным нервом, переходящими от ходьбы к плаванию, и выдвинули гипотезу, что взаимодействие между центральной нервной системой, периферической нервной системой, телом и окружающей средой может объяснить переходы походки.
В частности, они выдвинули гипотезу о том, что сигналы ходьбы или плавания, генерируемые в головном мозге, отправляются назад через распределенные нейронные сети, принадлежащие центральной нервной системе и расположенные вдоль тела; эти мозговые сигналы могут подавляться сенсорными сигналами, воспринимаемыми периферической нервной системой ног, когда они касаются земли во время ходьбы. Исследователи математически описали этот механизм множественных сигналов и воспроизвели поведение многоножек в различных ситуациях с помощью компьютерного моделирования.
Исследователи надеются, что это открытие дает представление о важном механизме, лежащем в основе адаптивного и универсального передвижения животных. Это также поможет разрабатывать роботов, которые могут перемещаться в различных средах, гибко изменяя паттерны координации тела.