Як ходити шістьма ногами
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
Багато тварин під час бігу переставляють ноги в точно встановленій послідовності. У комах і деяких інших членистоногих ця координація заснована, мабуть, на складній взаємодії команд центральної нервової системи і зворотного зв’язку від кінцівок (аферентація). Про управління пересуванням у хребетних відомо порівняно мало. Найпоширеніший вид кроку – крок навхрест, або діагональний крок, при якому за рухом передньої ноги слідує рух протилежної задньої. Чи завжди суворо дотримується цей діагональний крок і що станеться, якщо у тварини змінити кількість ніг?
Угорський дослідник Секелі, пересаджуючи тритонам додаткові пари ніг, з’ясував, що при цьому необхідно пересаджувати відповідну ділянку спинного мозку. Додаткові пари ніг рухаються синхронно з аналогічними ногами їх власника. Так, наприклад, пересаджена (разом з сегментом мозку, що відноситься до неї) передня пара ніг рухається точно в такт з передніми ногами їх власника. Дослідник зумів показати, що відповідальні за це пересаджені разом з ногами сегменти спинного мозку. Так, якщо пересадити передню пару ніг з сегментами спинного мозку з області таза, то пересаджені кінцівки будуть рухатися синхронно з задніми кінцівками.
Доктор Курт Брепдле з Франкфуртського університету отримував шестиногих аксолотлів шляхом з’єднання частин двох зародків. У одного зародка відокремлювали задню частину тіла з тазовим поясом і приєднували до тулуба іншого зародка, у якого перед цим були видалені голова і зяброва частина. Обидві частини зросталися в єдиний організм, що має дві пари передніх ніг і пару задніх. Перевага цього методу полягає в тому, що кожна пара ніг зберігає свої власні ділянки спинного мозку, тобто зберігається природна єдність. Крім того, проміжки між парами ніг стали значно більше, так як тварина збільшилася в довжину.
Аналіз координації рухів насамперед підтвердив висновок Секелі, що обидві пари передніх ніг рухаються синхронно і чергуються з задніми ногами. Однак подальші експерименти показали, що обидві пари передніх кінцівок (тобто передні і середні) рухаються синхронно тоді, коли вони розташовані близько один до одного. Якщо ж цей проміжок великий, то крок середньої ноги слідує за кроком однойменної передньої з сильним запізненням.
Вигини тіла, що допомагають в нормальному випадку пересуванню, також впливають на тимчасову послідовність роботи передньої і середньої пари ніг. Якщо обмежити вільну рухливість тіла аксолотля, обернувши його картонною манжеткою, то паузи між кроками передніх і середніх ніг подовжуються. Тепер синхронний крок змінюється метахронним, при якому передні і задні пари ніг рухаються однаково, а середні ноги — чергуючись з ними, так що тварина йде як комаха. Нарешті, усунення окремих пар кінцівок теж впливає на перебудову координації рухів, як це показали недавно розпочаті дослідження.
Все це вказує на «пластичність» центральної нервової системи при управлінні рухом, причому, ймовірно, значну роль тут відіграють і зворотні зв’язки (аферентації) від кінцівок.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.