Короли узлов. Ученые раскрыли секрет запутанных петель "сверхбыстрых" червей (видео)

Причудливые крошечные калифорнийские черви (Lumbriculus variegatus) стали объектом нового исследования ученых из Технологического института Джорджии и Массачусетского технологического института, которые годами изучали червей, заинтригованные их способностью к сверхбыстрому движению и коллективному поведению, пишет Science Alert.

Новое исследование посвящено математике и сосредоточено на том, как эти крохотные организмы образуют массивные узлы и коллективные "капли", которые способны рассеиваться буквально за доли секунды. Ученые полагают, что навыки этих червей могут помочь в разработке роботов с аналогичными навыками.

У Фокус. Технологии появился свой Telegram-канал. Подписывайтесь, чтобы не пропускать самые свежие и захватывающие новости из мира науки!

По словам соавтора исследования, доцента Школы химической и биомолекулярной инженерии Саада Бхамла, они с коллегами сосредоточились на том, чтобы понять механику того, как червям удается менять динамику своего поведения, чтобы достигать запутывания и сверхбыстрого распутывания.

Отметим, что представители этого вида, как правило, обитают в Северной Америке и Евразии, где заселяют мелководья по краям прудов, озер и болот, поедая отмершие растения и микроорганизмы в иле. Длина червей достигает от 4 до 8 сантиметров. Однако ученых заинтересовало то, как черви способны сплетаться друг с другом, образуя "живую каплю", насчитывающую до полусотни тысяч особей.

Известно, что подобные "клубки" помогают червям приспособиться к экстремальным условиям, таким как высокие температуры или недостаток влаги, что способно погубить одиноких особей. В ходе исследования ученые обнаружили, что клубок червей способен вести себя как твердое или жидкое тело, и даже демонстрирует коллективное принятие решений.

Однако больше всего ученых удивило то, как черви способны сплетаться вместе за несколько минут, однако на распад им требуется всего доля секунды. По словам еще одного соавтора исследования, биоинженера Гарри Туазона, он был крайне удивлен, когда впервые направил ультрафиолетовый свет на каплю червей — крохотные организмы в мгновение разлетелись.

Ученые отмечают, что узлы и клубки — это увлекательная область, где физика и механика встречаются с очень занимательной математикой. Черви оказались отличным примером топологических принципов в системах, состоящих из нитей. Чтобы понять этот сложный и стремительный маневр ученые провели ряд экспериментов.

Исследователи использовали математику и моделирование, чтобы объяснить, как червям удается образовывать капли и распадаться за доли секунд. Они обнаружили, что движения по образу восьмерки, "винтовая походка", могут быть секретом сверхбыстрого распада больших двоичных объектов.

Чтобы изучить поведение червей, ученым пришлось записать внутреннюю структуру клубка, что по словам исследователей, стало "настоящим испытанием". Потребовались месяцы и десятки различных визуализаций, включая рентген, конфокальную микроскопию, томографию и ультразвук, чтобы в конце концов добиться необходимого результата.

Ученые проанализировали полученные данные, а затем нанесли на график порядка 46 тысяч точек данных, чтобы изучить механику и топологию капель червей. В результате им удалось создать математическую модель формирования "капли" червей и ее распада. Исследователи обнаружили, что для формирования клубка каждый из червей должен переплетаться как минимум с двумя другими червями, а "винтовая походка" является в этом процессе ключом.

В итоге ученым удалось создать точную визуализацию поведения червей, которая показывает, как спиральные движения позволяют им запутываться таким образом, запуская быстродействующий механизм, основанный на этих движениях. Авторы исследования отмечают, что изучение этих причудливых узлов и капель, в которые сплетаются черви, может иметь множество практических применений, в том числе формирование синтетических нитей и роботов, меняющих форму и свойства по требованию.

Ранее Фокус писал о том, что ученые накурили червей каннабисом и обнаружили нечто странное: на них тоже нападает жор.