Подписывайтесь на нас в соцсетях

fb.com/scientificatheism.org

Используя компьютерное моделирование и серии экспериментов, ученые Калифорнийского Университета идентифицировали нейроны и связи, которые задействуются в моменты плавания лангуста. Эти принципы аналогичны моторике других членистоногих - насекомых и пауков.

Нервная система, управляющая передвижением, очень совершенна и очень устойчива у различных групп животных. В этой связи лангуст является хорошей моделью для изучения на его основе более сложных нервных систем, таких как человеческий спинной мозг.

Лангуст – это вид ракообразных. Но в отличие от пауков и насекомых, у ракообразных значительно больше рабочих конечностей и поэтому, на основе их конечностей гораздо легче точно интерпретировать принципы моторных функций нервной системы всех членистоногих.

Плавание лангуста – это целая система, подобная большой лодке, где сидят много гребцов и бьют по воде веслами. А человек с рупором, сидящий впереди лодки и регулирующий команды гребли для остальных гребцов, – подобен мозгу лангуста.

Весла лангуста двигаются в последовательности, начинающейся с задней части хвоста животного и продвигающейся вперед. Движения каждой пары конечностей хвостовой части держат точное пошаговое различие интервала времени начала движения после движения предыдущей пары. Эти пошаговые временные интервалы зависят от изменения скорости и силы, с которой лангуст передвигается в воде.

Чтобы сохранять эти движения в правильной последовательности, нервная система животного должна объединить сигналы от каждой из этих различных долей и сделать анализ сравнения сигналов в мозге, после чего отправить сигналы команд той или иной паре ног лангуста. Но тут то и начинаются отличия по сравнению с приведенной аналогией лодки с гребцами.

Группа ученых Калифорнийского Университета, работающая совместно с математиками Гарвардского Университета и Университета Торонто, построила математические модели нервной системы лангуста, чтобы понять, как они могут работать. Они построили модель передвижения лангуста на базе ранее проведенных данных записи нервных импульсов лангуста.

Моделирование показало, что весельная система лангуста состоит из восьми модулей, в каждом из которых присутствует по 70 нейронов. Поскольку конечности лангуста совершают движения, каждый модуль получает поток нервных импульсов от задних и передних модулей. Сигналы задней части указывают необходимую силу совершающихся движений, которую повторяют следующие модули.

Ученые выяснили, что эти различные сигналы сходятся в одном целевом нейроне, который объединяет их в ступенчатый, непичковый сигнал. Этот объединенный сигнал указывает следующему модулю, когда выпустить медиаторы – химические вещества, которые изменяют выбор времени и силу движения каждого члена лангуста.

Таким образом, мозг лангуста отправляет единственную команду в самый конец хвоста, в последнюю пару брюшных ног, которая входит в состав хвостового плавника лангуста. В команде заложены параметры силы и интервала времени толчков конечностями. От последней пары брюшных ног сигнал переходит предыдущей паре, потом к следующей и т.д. То есть, не требуется новых команд из мозга на движение каждой пары конечностей.

Тот же самый принцип передвижения существует, вероятно, и у насекомых и пауков. Это большое преимущество! В отличие, например, от млекопитающих, они способны очень быстро бегать, если сопоставить их размеры пропорционально пути, который они пробегают за единицу времени. Если вдруг представить себе, что насекомые вдруг увеличились в размере до млекопитающих и сила тяжести Земли не повлияет на их возросшие размеры, то некоторые из них будут бегать в три раза быстрее, чем гепард, рекорд скорости которого - 110 км/ч.