Як потрапляють місячні медузи

Дослідники використовують математичну модель, щоб показати, як нервові клітини контролюють плавання

Зі своїми напівпрозорими дзвіночками місячні медузи (Aurelia aurita) дуже ефективно рухаються по океанах. Вчені Боннського університету в даний час використовують математичну модель, щоб дослідити, як цим книдаріям вдається використовувати свої нейронні мережі для контролю свого руху, навіть коли вони поранені. Результати можуть також сприяти оптимізації підводних роботів. Дослідження вже було опубліковано в Інтернеті в журналі eLife; остаточна версія з’явиться незабаром.

Місячні медузи (Aurelia aurita) поширені майже у всіх океанах. Книдарі пересуваються океанами з напівпрозорими дзвонами, розміри яких складають від трьох до 30 сантиметрів. "У цих медуз є кільцеподібні м'язи, які стискаються, тим самим виштовхуючи воду з дзвона", - пояснює провідний автор Фабіан Палладіс із дослідницької групи з нейромережної динаміки та обчислень Інституту генетики Боннського університету.

Місячні медузи особливо ефективні, коли справа доходить до об'їзду: вони створюють вихори на краю свого дзвоника, які збільшують рух. Палладіс: "Крім того, лише для скорочення дзвона потрібна сила м’язів; розширення відбувається автоматично, оскільки тканина еластична і повертається до початкової форми".

Медузи для дослідження витоків нервової системи

Зараз вчені дослідницької групи розробили математичну модель нейронних мереж місячних медуз і використали її для дослідження того, як ці мережі регулюють рух тварин. "Медузи є одними з найдавніших і найпростіших організмів, які рухаються у воді", - каже керівник дослідницької групи, професор, д-р Рауль-Мартін Меммесхаймер. На їх основі та інших ранніх організмів тепер буде досліджено походження нервової системи.

Особливо в 50-80-х роках минулого століття були отримані великі експериментальні нейрофізіологічні дані про медуз, що надало дослідникам з Бонського університету основу для їх математичної моделі. У кілька етапів вони розглядали окремі нервові клітини, мережі нервових клітин, всю тварину та навколишню воду. "Модель може бути використана для відповіді на питання, як збудження окремих нервових клітин призводить до руху місячних медуз", - говорить Палладі.

Медузи можуть сприймати своє положення за допомогою світлових подразників та за допомогою органу рівноваги. Якщо місячну медузу обертає океанічна течія, тварина це компенсує і рухається далі до поверхні води, наприклад. За допомогою своєї моделі дослідники змогли підтвердити припущення, що медуза використовує одну нейронну мережу для плавання прямо вперед і дві для обертальних рухів.

Хвилеподібне поширення збудження

Діяльність нервових клітин поширюється в дзвоні медуз хвилеподібно. Як вже показують експерименти XIX століття, пересування працює навіть тоді, коли значні частини дзвону поранені. Вчені Боннського університету тепер можуть пояснити це явище своїми моделюваннями: "Медузи можуть підхоплювати і передавати сигнали на своєму дзвоні в будь-який момент", - говорить Палладі. Коли вистрілює одна нервова клітина, стріляють і інші, навіть якщо ділянки дзвоника порушені.

Однак хвилеподібне поширення збудження в дзвінку медузи було б порушено, якби нервові клітини стріляли хаотично. Як тепер дослідники виявили на основі своєї моделі, цей ризик запобігає тим, що нервові клітини не можуть знову швидко активізуватися після стрільби.

Вчені сподіваються, що подальші дослідження дозволять пролити світло на ранню еволюцію нейронних мереж. В даний час розробляються також підводні роботи, які рухаються на основі плавального принципу медуз. Палладіс: "Можливо, наше дослідження також може допомогти поліпшити автономне управління цими роботами".