Такие маленькие и мягкие животные, как тихоходки, редко имеют ноги и почти никогда не утруждают себя ходьбой. Например, круглые черви одинакового размера и телосложения мечутся, скользя своими рыхлыми формами по непредсказуемым субстратам.
Тем не менее, водяной медведь, микроживо, настолько отличное от других, что ученые были вынуждены отнести его к его собственному типу, использует восемь коротких ног, чтобы невероятным образом продвигаться через морские и пресноводные отложения, через пустынные дюны и под почвой.Новое исследование, проведенное PNAS, анализирует походку тихоходок и обнаруживает, что ходьба водяных медведей наиболее напоминает походку насекомых в 500000 раз больше их. Открытие предполагает наличие либо общего предка, либо эволюционного преимущества, которое объясняет, почему одно из самых маленьких и хрупких существ эволюционировало, чтобы ходить, как более крупные насекомые с твердым телом.
«Тихоходки обладают надежной и четкой способностью двигаться — это не те неуклюжие существа, которые спотыкаются в пустыне или среди опавших листьев», — говорит Жасмин Нироди, научный сотрудник Центра физико-биологических исследований Рокфеллера. «Сходство их локомотивной стратегии со стратегией гораздо более крупных насекомых и членистоногих открывает несколько очень интересных эволюционных вопросов».Гладкие бегуны
Нироди и его коллеги впервые определили, как водные медведи ходят и бегают. «Если вы достаточно долго будете наблюдать тихоходок под световым микроскопом, вы сможете уловить широкий диапазон поведения», — говорит Нироди. «Мы не принуждали их к чему-либо. Иногда они были очень холодными и просто хотели прогуляться по субстрату. В других случаях они видели что-то, что им нравится, и бежали к нему».Нироди обнаружил, что в самый неспешный период времени водные медведи переносят древесину примерно на половину длины тела в секунду.
На полном газу их резкие шаги перенесли их на две длины тела за одно и то же время. Но удивление пришло, когда она заметила, как ноги водяного медведя касаются земли, когда он набирает обороты. В отличие от позвоночных, у которых разные походки для каждой скорости (представьте себе копыта лошади, когда она переходит от шага к галопу), тихоходки бегают больше как насекомые, бегая с возрастающей скоростью, не меняя при этом своих основных схем шага.
«Когда позвоночные переключаются с ходьбы на бег, возникает разрыв, — говорит Нироди. «У членистоногих все паттерны шага существуют в одном континууме».Древняя координацияПочему тихоходки разделяют локомотивную стратегию с гораздо более крупными насекомыми с твердым телом?Одно из возможных объяснений состоит в том, что тихоходки, долгое время считавшиеся не соответствующими ни одной существующей таксономии, могут иметь общих предков — и даже общий нервный контур — с насекомыми, такими как дрозофилы, муравьи и другие сегментированные суетливые существа.
Фактически, некоторые ученые выступают за классификацию тихоходок в рамках предложенной клады панартропод, объединяющей группы, которая отводит общее пространство на полке насекомым, ракообразным, бархатным червям и водяным медведям.Другая возможность состоит в том, что между тихоходками и членистоногими нет наследственной связи, но что неродственные группы организмов независимо друг от друга выработали одни и те же стратегии ходьбы и бега, потому что они были эволюционно выгодными. Возможно, лучший способ перемещаться по непредсказуемой местности с микроскопическим телом — это бежать, как водяной медведь.
Нироди одинаково очарован обеими возможностями. «Если существует какая-то наследственная нейронная система, которая контролирует всю ходьбу панартропод, нам есть чему поучиться», — говорит она. «С другой стороны, если членистоногие и тихоходки сошлись на этой стратегии независимо, то можно многое сказать о том, что делает эту стратегию такой приемлемой для видов в различных средах».Помимо значения для эволюционной биологии и изучения передвижения животных, результаты могут иметь разветвления для растущих областей мягкой и микромасштабной робототехники.Изучая, как маленькие животные эволюционировали для передвижения в сложных условиях, ученые могут разработать роботов, которые могут более эффективно втискиваться в небольшие пространства или работать в микромасштабе. «Мы мало что знаем о том, что происходит в экстремальных условиях передвижения — как создать эффективную маленькую ходунку или как должны двигаться мягкие предметы», — говорит Нироди.
«Тихоходки — важный иллюминатор, позволяющий двигаться с мягким телом в микромасштабе».