Ученые установили, что палочники ходят совсем не так, как считалось до сих пор

Палочники — популярная модель для биологических исследований, целью которых является совершенствование понимания ходьбы насекомых.

Преимущество палочника — в относительной простоте строения его тела и нервной системы. Десятилетиями в учебниках утверждалось, что поддержание положения тела и передвижение управляются независимо разными суставами.

Однако теперь, как сообщил биолог Крис Доллмен, стало ясно, что это не соответствует действительности.

Докторант из университета Билефельда Доллмен пояснил, что за обе функции отвечает один сустав.

Результаты исследования опубликованы в издании Proceedings of the Royal Society.

Разделяй и двигай

Мы хотели разгадать секрет передвижения палочника, а также понять, какие функции выполняют отдельные части его ног, пояснил профессор Джозеф Шмиц, который вместе с профессором Волкером Дюрром является рецензентом докторской диссертации Криса Доллмена.

«Удивительно, что сила для толчка и поддержания положения тела исходит от одного и того же сустава. Этот сустав выполняет функцию силовой установки и генерирует большую часть силы в ноге. Другие суставы ноги направляют энергию, так, что насекомое одновременно держится на ногах и совершает поступательное движение вперед», заявил Доллмен. „Тот же принцип срабатывает, когда насекомые летают: мышцы помогают телу взмыть и удерживаться в воздухе. Этот принцип функционального разделения выдержал испытание эволюцией“.

До недавнего времени биологи всего мира полагали, что движущая сила насекомых поступает от сустава, который двигает ногу назад.

«Причина существования неверного предположения в том, что у нас были недостаточно точные методы измерения», пояснил Джозеф Шмиц. „Палочники, к примеру, весят около грамма. Вследствие ультрамалого веса сложно вычислить, сколько силы вырабатывает отдельный сегмент ноги“.

И вот биологи разработали новую технику, подходящую для работы с ультралегкими весами. Она позволяет с высокой точностью измерить силы, которые оказываются на землю или другое основание всей ногой. Также она позволяет измерить с высоким временным разрешением, как нога перемещается в пространстве.

Комбинируя оба типа данных, мы можем вычислить, сколько силы прикладывает каждый отдельный сустав или сочленение, отметил Доллмен.

Так ученым удалось точно установить, какой сустав производит движение, а какой просто направляет усилие.

Трое тянут, но в разных направлениях

Итак, каждая из шести ног палочника состоит из трех суставов. Сустав, который двигает ногу назад (Thorax-Coxa joint), соединяет ее с телом. Второй сустав (Coxa-Trochanter joint) соединяет первый с третьим. Он же перемещает ногу вниз. Последний сустав (Femur-Tibia joint) соединяет среднюю часть ноги с нижней частью, и перемещает ногу насекомого в наружном направлении. Казалось бы, все три сустава, словно Лебедь, Рак и Щука из басни Крылова, совершают ряд неэффективных движений, более того, мешающих друг другу, однако синергия этих сочленений позволяет насекомым менять место дислокации. Не сказать, чтобы слишком проворно, но все же.

Чтобы выяснить, сколько усилий производят суставы палочника, Доллмен выгуливал насекомых на специальных платформах, датчики которых фиксировали давление и поперечные усилия, производимые ногами. Одновременно Доллмен вел запись движений насекомых с помощью специальной системы, использующей инфракрасные камеры, которые фиксировали перемещения 17 маркеров, установленных на хитин палочников.

Так мы поняли, что толчок вперед производит отнюдь не тот сустав, что соединяет ногу с телом и двигает ее назад, пояснил Доллмен.

Новые результаты не только приведут к пересмотру учебников, но и позволят пересмотреть работу роботов, чья двигательная активность, как считалось, скопирована с палочников.

16.02.2016