Как морская звезда передвигается на трубчатых ножках

Морская звезда перемещается с помощью множества трубчатых ножек на нижней стороне тела. Ножки вытягиваются, прикрепляются к поверхности и меняют положение, действуя совместно. У изученных видов прикрепление связано с выделением клеящего материала. Поэтому называть каждую ножку обычной механической присоской — слишком неточное объяснение движения.

Ножка вытягивается и закрепляется

У ножки есть подвижная вытянутая часть и расширенный диск на конце. Первая позволяет удлиняться, изгибаться и втягиваться; диск соприкасается с грунтом или камнем. Такое разделение помогает одновременно достать до опоры и закрепиться на ней.

При исследовании обыкновенной морской звезды и другого близкого вида учёные обнаружили в покрове диска разные секреторные клетки. Секреторными называют клетки, выделяющие вещества. Клеящий материал образует слой между концом ножки и поверхностью. После отсоединения на поверхности может оставаться его след.

Авторы предложили систему, в которой прикрепление и отделение связаны с выделениями разных клеток. Это объясняет временный контакт: для нового движения ножке необходимо не только удержаться, но и освободиться. Вместе с тем предложенную последовательность клеточных сигналов следует отличать от полностью установленного устройства каждого её этапа.

Мягкий диск приспосабливается к опоре

В опытах с поверхностями разной шероховатости исследователи проверяли свойства контактного диска ножки. Диски оказались мягкими и могли приспосабливаться к неровностям опоры. Это увеличивало настоящую площадь соприкосновения.

На шероховатой поверхности прикрепление было сильнее, чем на гладкой. Однако когда расчёт учитывал реальную пространственную форму поверхности, значимое различие прочности прикрепления в пересчёте на площадь исчезало. Получается, важна не только предполагаемая «сила клея», но и размер фактического контакта.

Плоский вид сверху скрывает дополнительную площадь на изгибах и выступах. Поэтому сравнение усилий требует понимать, какую площадь использовали в расчёте. Эти опыты не устанавливают одинаковую силу удержания для любого камня и каждой морской звезды.

Какие ткани выдерживают нагрузку

Чтобы двигать тело, одной липкости недостаточно: ножка должна выдерживать натяжение. В исследовании двух видов морских звёзд измеряли прикрепление диска, сокращение втягивающей мышцы и механическую прочность вытянутой части.

Значительную долю нагрузки поддерживала соединительная ткань. Её свойства могли меняться между более мягким и более жёстким состояниями. Но вклад мышцы также оказался существенным, поэтому ножку нельзя представить как неподвижную верёвку, удерживаемую только клеем.

Часть измерений проводили в изменённых лабораторных растворах. Такие условия помогали различить работу тканей, но не описывали обычную морскую воду. Из результатов нельзя вывести простой способ самостоятельно усиливать прикрепление животного: исследование проверяло устройство ножки и распределение сил.

Как множество ножек движется согласованно

Отдельная ножка способна изменить положение, но перемещение целого тела требует согласования. Для изучения этой задачи исследователи построили математическую модель. В ней ножки были механически связаны с общим телом и управлялись с учётом собственного состояния, а направление движения задавалось общей командой.

Такая система позволяла получить устойчивое движение вперёд при разных начальных условиях и неодинаковых свойствах ножек. Модель также воспроизводила переход от ползания к движению с более выраженными вертикальными колебаниями, напоминавшему наблюдаемую у звёзд скачкообразную походку.

Это результат расчётной модели, сопоставленной с наблюдениями, а не запись работы каждой нервной клетки живого животного. Он показывает, как общая связь через тело и местное управление могут помогать координации, но не доказывает, что все виды всегда пользуются одной и той же последовательностью шагов.

На наружной иллюстрации хорошо видны лучи звезды, однако основные двигательные ножки находятся снизу. Сама пятилучевая форма не объясняет скорость. Для понимания перемещения важнее совместная работа подвижных ножек, временного прикрепления и тканей, передающих нагрузку.