Как ходить шестью ногами
Статья написана Павлом Чайкой, главным редактором журнала «Познавайка». С 2013 года, с момента основания журнала Павел Чайка посвятил себя популяризации науки в Украине и мире. Основная цель, как журнала, так и этой статьи – объяснить сложные научные темы простым и доступным языком
Многие животные во время бега переставляют ноги в точно установленной последовательности. У насекомых и некоторых других членистоногих эта координация основана, по-видимому, на сложном взаимодействии команд центральной нервной системы и обратной связи от конечностей (афферентация). Об управлении передвижением у позвоночных известно сравнительно мало. Самый распространенный вид шага — шаг накрест, или диагональный шаг, при котором за движением передней ноги следует движение противоположной задней. Всегда ли строго соблюдается этот диагональный шаг и что произойдет, если у животного изменить количество ног?
Венгерский исследователь Секели, пересаживая тритонам дополнительные пары ног, выяснил, что при этом необходимо пересаживать соответствующий участок спинного мозга. Дополнительные пары ног двигаются синхронно с аналогичными ногами их обладателя. Так, например, пересаженная (вместе с относящимся к ней сегментом мозга) передняя пара ног двигается точно в такт с передними ногами их владельца. Исследователь сумел показать, что ответственны за это пересаженные вместе с ногами сегменты спинного мозга. Так, если пересадить переднюю пару ног с сегментами спинного мозга из области таза, то пересаженные конечности будут двигаться синхронно с задними конечностями.
Доктор Курт Брепдле из Франкфуртского университета получал шестиногих аксолотлей путем соединения частей двух зародышей. У одного зародыша отделяли заднюю часть тела с тазовым поясом и присоединяли к туловищу другого зародыша, у которого перед этим были удалены голова и жаберная часть. Обе части срастались в единый организм, имеющий две пары передних ног и пару задних. Преимущество этого метода заключается в том, что каждая пара ног сохраняет свои собственные участки спинного мозга, то есть сохраняется природное единство. Кроме того, промежутки между парами ног стали значительно больше, так как животное увеличилось в длину.
Анализ координации движений, прежде всего, подтвердил заключение Секели, что обе пары передних ног двигаются синхронно и чередуются с задними ногами. Однако последующие эксперименты показали, что обе пары передних конечностей (то есть передние и средние) двигаются синхронно тогда, когда они расположены близко друг к другу. Если же этот промежуток велик, то шаг средней ноги следует за шагом одноименной передней с сильным запозданием.
Изгибы тела, помогающие в нормальном случае передвижению, также влияют на временную последовательность работы передней и средней пары ног. Если ограничить свободную подвижность тела аксолотля, обернув его картонной манжеткой, то паузы между шагами передних и средних ног удлиняются. Теперь синхронный шаг сменяется метахронным, при котором передние и задние пары ног двигаются одинаково, а средние ноги — чередуясь с ними, так что животное идет как насекомое. Наконец, устранение отдельных пар конечностей тоже влияет на перестройку координации движений, как это показали недавно начатые исследования.
Все это указывает на «пластичность» центральной нервной системы при управлении движением, причем, вероятно, значительную роль здесь играют и обратные связи (афферентации) от конечностей.
Автор: Павел Чайка, главный редактор журнала Познавайка
При написании статьи старался сделать ее максимально интересной, полезной и качественной. Буду благодарен за любую обратную связь и конструктивную критику в виде комментариев к статье. Также Ваше пожелание/вопрос/предложение можете написать на мою почту pavelchaika1983@gmail.com или в Фейсбук, с уважением автор.