像蠕蟲運動一樣推進的章魚

這種動物的觸手缺乏中央協調,但可以執行復雜的運動

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對於研究生物如何運動的研究人員來說,章魚是一個八條腿的奇蹟,它透過相對簡單的神經系統來控制其一系列起伏的附肢。一些研究表明,章魚的每條觸手都有自己的“意識”,而無需動物大腦的嚴格中央協調。

現在,耶路撒冷希伯來大學的神經科學家蓋伊·列維及其同事報告說,這些動物可以獨立於運動方向旋轉身體,在繼續直線爬行的同時重新調整方向。而且,與使用肢體相對於身體方向向前或側向移動的物種不同,章魚傾向於向各個方向滑行。

該團隊於11月10日在加利福尼亞州聖地亞哥舉行的神經科學學會年會上展示了他們的發現。


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新澤西州紐瓦克新澤西理工學院的神經科學家加爾·哈斯佩爾說,關於章魚運動的新描述“不是人們想象的那樣,但它似乎給了動物很大的控制權”。

哈斯佩爾研究蠕蟲運動,他對研究人員的報告也感到驚訝,報告稱章魚透過觸手的蠕蟲狀收縮來推動自身。不同的組合彎曲在一起,產生不同方向的運動。

列維開始這項研究是為了設計和控制類似章魚的柔性機器人,他說這項工作也可能有助於揭示運動的基本生物學原理。

意外的轉折
列維的團隊使用一個裝有鏡子和攝像機系統的透明水箱來解構章魚的運動,他們在其中測試了九隻成年普通章魚(Octopus vulgaris)。

在最早的有趣結果之一中,列維追蹤了連續影片幀中的單個吸盤,並報告說章魚手臂的長度、速度和加速度之間沒有任何數學關係。章魚似乎沒有像大多數其他動物那樣有節奏地交替肢體運動,而是調動了八個在很大程度上獨立的附肢。

該專案的首席研究員、神經科學家本雅明·霍克納表示,結果表明章魚大腦發出高階的、以目標為導向的指令,但將運動執行的細節留給每條手臂中的神經元——這些神經元加起來約佔動物 5 億個神經元的三分之二。

華盛頓大學西雅圖分校研究生物力學的神經科學家喬納森·戴爾說:“令人驚訝的是,你沒有看到某種強大的協調模式。” 人類的手臂分為上下臂兩個主要部分進行控制,而無關節的章魚手臂提供了更多的自由度。戴爾說,協調八條手臂的基本運動程式將是簡化神經系統任務的一種方法。

但他和其他人告誡說,現在就斷定章魚的肢體完全缺乏中央協調還為時過早。簡單的運動程式在已知的神經系統中普遍存在。戴爾說,在章魚中,爬行動作的微弱潛在模板可能會被動物根據環境的感官反饋而即時做出的決定所掩蓋。

本文經雜誌《自然》許可轉載。 該文章於 2013年11月15日首次發表

海倫·沈是一位居住在加利福尼亞州森尼維爾的科學作家。她曾為《自然》、《科學》和《波士頓環球報》撰稿。

更多作者:海倫·沈

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