Как передвигаются лунные медузы
Учёные из Боннского университета с помощью математической модели исследовали, как лунные медузы (Aurelia aurita) используют свои нейронные сети для управления движением, даже будучи травмированными. Результаты могут также помочь в оптимизации подводных роботов. Исследование опубликовано в журнале eLife.
Эффективный принцип движения
Лунные медузы перемещаются за счёт сокращения кольцевидных мышц своего колокола, который выталкивает воду. Они особенно эффективны, потому что:
- Создают вихри по краю колокола, усиливающие тягу.
- Сокращение требует мышечных усилий, а расширение происходит автоматически благодаря эластичности ткани.
Математическая модель нейронной сети
Учёные создали математическую модель нейронных сетей медуз, объединив данные об отдельных нервных клетках, их сетях, организме животного и окружающей воде. Модель основана на экспериментальных нейрофизиологических данных, полученных в 1950-х и 1980-х годах.
Ключевые выводы модели:
- Медуза использует одну нейронную сеть для прямолинейного плавания и две — для вращательных движений (например, для коррекции положения после воздействия течения).
- Возбуждение нервных клеток распространяется по колоколу волнообразно.
Устойчивость к повреждениям
Модель объяснила, почему движение сохраняется даже при серьёзных повреждениях колокола:
- Нервные клетки могут принимать и передавать сигналы в любой точке колокола.
- Когда возбуждается одна клетка, возбуждаются и другие, даже если часть колокола повреждена.
- Риск случайного и хаотичного возбуждения клеток предотвращается тем, что после срабатывания они не могут активироваться повторно слишком быстро (рефрактерный период).
Значение исследования
- Эволюционная биология: Помогает понять происхождение и раннюю эволюцию нервных систем на примере одних из древнейших и простейших подвижных организмов.
- Робототехника: Может помочь улучшить автономное управление разрабатываемыми подводными роботами, которые используют принцип движения медуз.