Живые зомби под водой: почему угри продолжают ползти без мозга и ломают законы природы

Угри двигаются так, будто бросают вызов привычным правилам для позвоночных: они извиваются всем телом, могут скользить по суше и продолжают двигаться даже после повреждения спинного мозга. Новое исследование показало, что секрет кроется всего в двух сигналах — растяжении и давлении.

Фото: Generated by AI (DALL·E 3 by OpenAI) is licensed under Free for commercial use (OpenAI License)

Угорь под камнем

Как работают эти сигналы

Растяжение сообщает сегментам тела, насколько они изогнуты, а давление — о воздействии воды или предметов. Эти данные поступают в спинномозговые центры, которые задают ритм движения. В результате всё тело угря синхронизируется без постоянного контроля со стороны мозга.

"Наши результаты помогут в разработке высокоадаптивных роботов, способных ориентироваться в сложных и непредсказуемых условиях", — говорит доцента Университета Тохоку Котаро Ясуи.

Ритм, обратная связь и движения

Большинство позвоночных двигаются благодаря генераторам ритма в спинном мозге. Эти нейронные цепи могут самостоятельно задавать ритм и корректировать его через обратную связь. Угри добавляют в этот процесс два канала: внутреннее ощущение растяжения и внешнее ощущение давления.

Учёные создали модель, где каждый сегмент тела действует как локальный генератор. В неё встроили два контура обратной связи — для растяжения и давления. Тесты на компьютере и роботе-угре показали, что система работает стабильно и в воде, и на суше.

Растяжение оказалось особенно важным: оно ускоряло формирование плавной волны движения и помогало сохранять мощный шаг.

Ползание и плавание — один механизм

Эксперименты показали, что угри используют одинаковый ритм и для плавания, и для ползания. Робот с такой системой успешно преодолевал полосу препятствий, "цепляясь" за колышки с помощью растяжения. Давление само по себе было малоэффективным, но в сочетании с изгибами тела обеспечивало движение вперёд.

Даже после травмы

Самое удивительное испытание — разрезание спинного мозга живых угрей. Их движения оставались согласованными: задняя часть тела повторяла ритм передней. Это объясняется тем, что локальные осцилляторы и сенсорные петли сами поддерживали синхронизацию.

У многих других животных подобного не происходит: если связь между половинами тела нарушена, они двигаются несогласованно и останавливаются.

Польза для роботов и уроки эволюции

Такая простая система делает роботов-"угрей" устойчивыми к шуму, препятствиям и изменяющимся условиям. Они могут искать повреждённые трубы, обследовать завалы после землетрясений или работать в резервуарах.

Для биологов это намёк на эволюцию: переход к суше у древних позвоночных мог потребовать не кардинальной перестройки нервной системы, а лишь усиления локальной обратной связи.

Взгляд в будущее

Учёные планируют проверить, как именно передаются сигналы растяжения и давления в нервных цепях рыб. Инженеры же ищут способы сделать роботов ещё более экономичными и устойчивыми, например, научить соседние сегменты компенсировать повреждения.