Представьте, что ваши руки прилипли почти ко всему, к чему они прикоснулись. Людям нужно беспокоиться только об этом в неудачных инцидентах, связанных с безумным клеем. Однако вы можете подумать, что осьминог страдает от чрезмерного прикрепления конечностей: их восемь щупалец выстланы сотнями тактильных присосок, которые меняют форму и ощущают пищу. Итак, почему эти руки не слипаются или не заканчиваются в узлах?
Связанный контент
- Десять любопытных фактов о осьминогах
- Отрубленные руки осьминога имеют свои собственные мысли
- Мимический Осьминог
«Удивительно, что никто даже не задавал этот вопрос», - говорит Гай Леви, исследователь из лаборатории нейробиолога осьминога Бенни Хохнер из Еврейского национального университета в Иерусалиме. С точки зрения человека проблема слипания и завязывания узлов может показаться глупой. Но для осьминога это важный эволюционный подвиг контроля над движением.
Леви, Хохнер и их коллеги из США и Израиля считают, что они выяснили, как это делают осьминоги. Согласно их исследованию, опубликованному сегодня в Current Biology, кожа осьминога производит химический сигнал, чтобы перекрыть рефлексы присосок щупалец. Каждый химический сигнал также может быть уникальным для осьминога, что также помешало бы этим иногда людоедским организмам съесть отрубленные кусочки их собственных рук.
Ученые заинтересованы в этих животных, похожих на инопланетян, потому что, как и люди, у них большой мозг. Эти мозги состоят из 200 миллионов нейронов и способны решать проблемы и запоминать (и даже предсказывать важные футбольные игры). «Реальное понимание мировоззрения осьминога имеет решающее значение для понимания факторов, влияющих на создание большого мозга», - говорит Дженнифер Бэзил, биолог из Бруклинского колледжа CUNY, который не был связан с исследованием.
Нервная система осьминога принципиально отличается от нашей: 300 миллионов периферических нейронов проходят через руки щупалец и облегчают движение. Противоположные большие пальцы велики, но эти цепкие щупальца дают осьминогам свободу передвижения, что позволяет им захватывать пищу, прятаться в небольших пространствах и красть камеры аквалангистов.
Присоски, которые выстилают щупальца Octopus vulgaris, улавливают химические и сенсорные сигналы, чтобы по существу попробовать потенциальные продукты питания. (Фото: © Ingo Arndt / Foto Natura / Minden Pictures / Corbis) «Осьминог полностью контролирует свои руки, но контроль распределяется между мозгом и руками, которые в некоторой степени автономны», - говорит Леви. Так, когда рука осьминога отрубается случайно или в драке с хищником, она остается активной около часа - инстинктивно хватая и удерживая все, к чему прикасается.
Из-за своей автономии исследователи увидели ампутированные руки осьминога как способ попытаться ответить на вопросы о том, как эти животные-каннибалы распознают свои собственные прикрепленные (и неприкрепленные) руки из потенциальной пищи.
Исследователи начали с гуманной ампутации руки у обычных осьминогов ( Octopus vulgaris ) в своей лаборатории. «Это не травмирующее событие для осьминогов», - объясняет Леви, который выполнял большую часть лабораторных работ со своим коллегой Нир Нешер. «Они много раз теряют руки в природе и продолжают вести себя нормально, и рука отрастает».
Исследователи положили осьминога и различные предметы - ампутированные руки, руки с кожурой, рыбу, креветки и чашки Петри, частично покрытые кожей осьминога - в резервуар и наблюдали за тем, что произошло. Ампутированные руки никогда не прикреплялись к самим себе и не хватались за руки живого осьминога в танке, вместо этого избегая его бывших соседних присосок.
Отрезанные руки, однако, защелкнулись на кожистых руках осьминога и пластиковой части чашек Петри. Исследователи измерили силу, прикладываемую к каждому объекту, и обнаружили, что руки никогда не прикладывали силу захвата к коже. Таким образом, какой бы сигнал ни мешал прикрепленным рефлексам, он должен исходить от кожи.
Осьминог трется руками о свою недавно ампутированную руку, лаская его, но не цепляясь за кожу. Осьминог захватывает колеблющуюся руку только в месте ампутации, где мясо открыто, и держит его в клюве, не съедая его. (Видео: Current Biology, Nesher et al.) Кожа осьминога невероятно сложна; он состоит из изменяющих цвет клеток, называемых хроматофорами, а также химических сигнальных сетей и нервных клеток. Чтобы проверить, может ли быть химический сигнал, они смазывали выделенные выделения из кожи осьминога и кожи рыбы на разные чашки Петри и помещали их в резервуары осьминога с отрубленными руками.
Силы, приложенные отрубленными руками к чашкам Петри со слизью осьминога, были в 10 раз меньше, чем обычная чашка Петри, и в 20 раз меньше, чем чашка Петри с рыбной слизью. Ясно, что какой-то химикат кожи передал сообщение «Щупальца прочь!»
Химические сигналы широко распространены в биологии, но исследователи отмечают, что это первый химический сигнал, который запускает моторное поведение, которое не входит в цепочку команд в мозге. Этот сигнал не только удерживает существо от завязывания узлов, но, вероятно, также не дает животному съесть свои отрубленные руки. В танковых испытаниях живые осьминоги иногда тоже цеплялись за ампутированные руки, но они с большей вероятностью хватались за руку и обращались с ней как с пищей, если она никогда не принадлежала им.
Осьминог кладет руку в рот, рассматривая ее как пищу.Химические сигналы кажутся уникальными для животного, но для определения того, насколько уникален каждый сигнал, и для определения химического рецепта требуется дальнейшее исследование. «Это химическое признание себя, особенно в организме, у которого есть придатки в такой свободной форме, является неотъемлемой частью понимания того, как действует такое животное, потому что такого другого животного нет», - говорит Бэзил.
Их уникальное тело и периферическая нервная система также привлекли внимание групп биороботиков. Ряд лабораторий по всему миру пытаются разработать робота с мягким телом на основе осьминога для применения от медицинского оборудования до помощи пациентам в учреждениях по уходу за пожилыми людьми. В этом случае израильская лаборатория работает с европейским проектом под названием STIFF-FLOP, который разрабатывает гибкую руку робота на основе щупальца осьминога, чтобы помочь с менее инвазивными операциями.
«Механизм, подобный тому, который мы нашли здесь, может оказать большую помощь инженерам», - говорит Леви. Например, можно запрограммировать хирургический инструмент, похожий на руку осьминога, чтобы избежать препятствий посредством химического распознавания, или «если манипулятор должен ползти по трубам кишечника, его можно запрограммировать, чтобы избежать манипулирования стенками кишечника», - предлагает он.
Возможности кажутся бесконечными. Возможно, когда-нибудь роботы-осьминоги смогут исследовать глубины наших океанов… конечно, с помощью щупальцев, которые не слипаются.
Исправление: в предыдущей версии этой статьи говорилось, что периферическая нервная система осьминога содержит 300 нервов вместо 300 нейронов.
