Некоторые кольчатые черви собираются многочисленными группами, свиваясь друг вокруг друга и образуя плотный клубок. Но при опасности клубок распадается так быстро, как и не снилось людям, которые постоянно мучаются с запутанными проводами. Чтобы выяснить, как это возможно, биологам пришлось обратиться к математике.
Каждый, кому приходилось распутывать провода наушников или зарядного устройства, знает, как это непросто. Между тем примитивные кольчатые черви способны решать эту задачу в доли секунды. Lumbriculus variegatus живут в болотистых водоемах, питаясь одноклеточными и распадающейся органикой, и вырастают в длину до 10 сантиметров. Иногда — например, чтобы сохранить тепло или влагу — они собираются в группы, свиваясь в плотный клубок. Но лишь почувствовав угрозу, черви разбегаются, распутываясь почти моментально.
Клубок может свиваться и расти несколько минут, набирая до нескольких десятков тысяч особей. Однако для срочного распутывания червям требуется не более пары десятков миллисекунд. Американские биологи выяснили, как этим животным удается решать столь сложную задачу. Об этом рассказывается в новой статье Йорна Данкеля (Jörn Dunkel) и его коллег, опубликованной в журнале Science.
Ученые проводили лабораторные эксперименты с группами примерно по 20 червей L. variegatus. Сплетенные ими клубки обрабатывали желатином, чтобы стабилизировать их форму, а затем «просвечивали» ультрафиолетом с целью определить внутреннюю структуру и выяснить, как именно и сколько раз черви обвивались друг вокруг друга. Затем каждый клубок перемещали в емкость с чистой водой и «пугали» слабым электрическим разрядом или ультрафиолетовым излучением.
Стремительное распутывание фиксировали скоростной видеокамерой, которая позволила проследить за движениями каждого червя индивидуально. Для обработки полученных данных биологи привлекли топологов — специалистов в теории узлов. Они построили математическую модель, а затем провели компьютерные симуляции обоих процессов: спутывания и распутывания. Оказалось, все дело в направлении движений, которыми скручиваются черви, собираясь либо разбегаясь.
Движения отдельного червя быстро подхватывают соседи, контактирующие с ним. Чтобы спутаться в клубок, каждая особь несколько раз скручивается в одном направлении, после чего резко меняет направление и совершает такое же движение в обратную сторону, образуя плотное сплетение. При распутывании черви быстро чередуют скручивание то в одном, то в другом направлении, часто приобретая форму цифры восемь.
«Такая работа кажется чистым курьезом, однако у нее могут быть далекоидущие последствия. Активные филаменты широко распространены в биологических системах, от нитей ДНК до целых организмов. Подобные филаменты способны выполнять множество самых разных функций и могут помочь в создании материалов, меняющих свойства “по требованию”», — прокомментировала исследование профессор Ева Кансо (Eva Kanso).