本文發表於《大眾科學》的前部落格網路,反映了作者的觀點,不一定反映《大眾科學》的觀點
如果你有五條手臂而沒有大腦,你會怎麼走路? 如果你是一隻蛇尾海星,答案是你會走得相當好(對於棘皮動物而言)——儘管這其中有些複雜性。
鈍棘蛇尾海星(Ophiocoma echinata)在海底移動時,看起來像外星恐怖電影中的黏土動畫生物,其盤狀身體移動得異常敏捷。正是這種令人毛骨悚然的爬行吸引了研究生亨利·阿斯特利,他無法完全理解這種動物是如何協調其運動的。“這太令人困惑了,”他在一份準備好的宣告中說。“沒有明顯的前方。 有五條手臂在移動,我試圖追蹤所有五條手臂,同時還要關注盤狀身體的移動。”
與輻射對稱的生物(如蛇尾海星或水母)相比,具有兩個匹配側面(雙側對稱,如人類以及大多數其他動物)的動物在協調運動方面具有優勢。 與蛇尾海星不同,水母透過沿中心軸(向上和向下思考)移動來解決缺乏“前方”的問題,而不是在其相等的側面中選擇一個方向。
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蛇尾海星的每條腿都可以感知光、化學和觸覺刺激,因此一些科學家提出,每條肢體可能都基於自身的區域性感覺移動,而不是由中央控制並與其他肢體協調以進行統一的爬行(已經基於這種模型構建了一個機器人蛇尾海星)。 但這似乎不是執行整個生物體的非常實用的方法。
因此,布朗大學的進化生物學研究生阿斯特利研究了 13 只鈍棘蛇尾海星,它們在充氣池底部的沙地上移動,每隻進行了多次試驗。 當你想讓棘皮動物移動時,你如何激勵它? 廣闊的空間。“它們討厭被暴露,”阿斯特利說。“所以我們把它們放在這片沙地的中間,它們就會移動。”
在分析了每條腿從錄影帶上的運動後,阿斯特利發現這些動物的移動方式與雙側對稱動物相似,但在每次改變方向時都會隨機切換它們的“前方”。
“即使它們的身體是輻射對稱的,它們也可以定義一個前方,並且基本上表現得好像它們是雙側對稱的,”阿斯特利說。 這使它們能夠在選擇方向時具有靈活性,同時還可以利用流線型的雙向對稱性。
蛇尾海星的神經系統呈環狀包裹在其身體盤周圍,沒有明顯的前方或後方。 因此,這意味著它們實際上永遠不必轉身。 想要朝另一個方向走? 只需選擇一個新的前臂即可。 對於我們來說,要轉身,“我們不僅需要改變運動方向,而且還必須旋轉我們的身體,”他說。“對於這些傢伙來說,就像是,‘現在那是前方。 我不必旋轉我的身體盤。’”
我們可能會覺得它們很慢,但對於棘皮動物——一個包括海膽和海錢在內的類群——蛇尾海星已經相當快了。 阿斯特利發現它們大約需要兩秒鐘才能協調所有手臂的運動。
“對於一種沒有中央大腦的動物來說,它們非常了不起,”他說。