Королі вузлів. Учені розкрили секрет заплутаних петель "надшвидких" хробаків (відео)

Вигадливі крихітні каліфорнійські черв'яки (Lumbriculus variegatus) стали об'єктом нового дослідження вчених із Технологічного інституту Джорджії та Массачусетського технологічного інституту, які роками вивчали черв'яків, заінтриговані їхньою здатністю до надшвидкого руху та колективної поведінки, пише Science Alert.

Нове дослідження присвячене математиці та зосереджене на тому, як ці крихітні організми утворюють потужні вузли та колективні "краплі", що здатні розсіюватися буквально за частки секунди. Вчені вважають, що навички цих хробаків можуть допомогти в розробці роботів із аналогічними навичками.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

За словами співавтора дослідження, доцента Школи хімічної та біомолекулярної інженерії Саада Бхамла, вони з колегами зосередилися на тому, щоб зрозуміти механіку того, як хробакам вдається змінювати динаміку своєї поведінки, щоб досягати заплутування та надшвидкого розплутування.

Зазначимо, що представники цього виду, як правило, мешкають у Північній Америці та Євразії, де заселяють мілководдя по краях ставків, озер і боліт, поїдаючи відмерлі рослини та мікроорганізми в мулі. Довжина черв'яків сягає від 4 до 8 сантиметрів. Проте вчених зацікавило те, як хробаки здатні сплітатися один із одним, утворюючи "живу краплю", що налічує до пів сотні тисяч особин.

Відомо, що подібні "клубки" допомагають черв'якам пристосуватися до екстремальних умов, таких як високі температури або нестача вологи, що може занапастити одиноких особин. Під час дослідження вчені виявили, що клубок черв'яків здатний поводитися як тверде або рідке тіло та навіть демонструє колективне ухвалення рішень.

Однак найбільше вчених здивувало те, як хробаки здатні сплітатися разом за кілька хвилин, проте на розпад їм потрібно всього частка секунди. За словами ще одного співавтора дослідження, біоінженера Гаррі Туазона, він був украй здивований, коли вперше направив ультрафіолетове світло на краплю черв'яків — крихітні організми миттю розлетілися.

Учені відзначають, що вузли та клубки — це захоплива область, де фізика та механіка зустрічаються з дуже цікавою математикою. Черв'яки виявилися чудовим прикладом топологічних принципів у системах, що складаються з ниток. Щоб зрозуміти цей складний і стрімкий маневр, учені провели низку експериментів.

Дослідники використали математику та моделювання, щоб пояснити, як хробакам вдається утворювати краплі та розпадатися за частки секунд. Вони виявили, що рухи вісімкою, "гвинтова хода", можуть бути секретом надшвидкого розпаду великих двійкових об'єктів.

Щоб вивчити поведінку черв'яків, ученим довелося записати внутрішню структуру клубка, що, за словами дослідників, стало "справжнім випробуванням". Потрібні були місяці й десятки різних візуалізацій, включаючи рентген, конфокальну мікроскопію, томографію та ультразвук, щоб зрештою досягти необхідного результату.

Учені проаналізували отримані дані, а потім нанесли на графік близько 46 тисяч точок даних, щоб вивчити механіку й топологію крапель хробаків. Урешті решт їм вдалося створити математичну модель формування "краплі" черв'яків і її розпаду. Дослідники виявили, що для формування клубка кожен із черв'яків повинен переплітатися як мінімум із двома іншими черв'яками, а "гвинтова хода" є ключем у цьому процесі.

Урешті-решт ученим вдалося створити точну візуалізацію поведінки хробаків, що показує, як спіральні рухи дозволяють їм так заплутуватися, запускаючи механізм, заснований на цих рухах. Автори дослідження відзначають, що вивчення цих химерних вузлів і крапель, у які сплітаються черв'яки, може мати безліч практичних застосувань, зокрема формування синтетичних ниток і роботів, що змінюють форму та властивості на вимогу.

Раніше Фокус писав про те, що вчені накурили хробаків канабісом і виявили щось дивне: на них теж нападає бажання пожирати.