Тысячи червей могут выпутаться из единого клубка за миллисекунды — как они это делают?
Черви могут запутаться в единый гигантский узел только для того, чтобы быстро распутаться из него в течение миллисекунд. Теперь математика показывает, как они это делают.
Исследователи изучали калифорнийских червей (Lumbriculus variegatus) — тонких червей, которые могут достигать 10 сантиметров в длину — в лаборатории, наблюдая, как тысячи червей переплетаются между собой.
Согласно исследованию, опубликованному в журнале Science, несмотря на то, что червям понадобилось несколько минут, чтобы превратиться в шарообразную каплю, похожую на клубок рождественских гирлянд, они смогли в мгновение ока выпутаться из этого беспорядка.
«Мы хотели понять точную механику того, как черви меняют динамику своего движения, чтобы достичь запутывания и сверхбыстрого распутывания», — сказал соавтор исследования Саад Бхамла.
«Кроме того, это не просто обычные нити, такие как струны, компьютерные кабели или спагетти — это живые, активные клубки, вышедшие из равновесия, что придает вопросу увлекательный оттенок».
Чтобы спровоцировать реакцию побега, исследователи направили ультрафиолетовый свет на массу червей, что заставило их «взрывным» образом рассеяться. Но при этом ученые так и не поняли механику происходящего в центре клубка.
Поэтому они поместили живых червей в нетоксичное желе и с помощью ультразвукового аппарата наблюдали за узлом изнутри.
Согласно заявлению, после объединения ультразвуковых изображений в фильм ученые нанесли более 46 000 точек данных, чтобы понять «математику, лежащую в основе движений», и создали математическую модель, которая может помочь предсказать точный путь «побега» каждого червя.
«Что поразительно, так это то, что эти запутанные структуры чрезвычайно сложны», — говорят исследователи. «Это беспорядочные и сложные структуры, но эти живые черви способны манипулировать этими узлами для выполнения важнейших функций».
Модель предсказывала, что каждый червь будет сплетаться по крайней мере с двумя другими, а затем они будут использовать «спиральные волновые движения» — в основном, вращая свои тела, как штопоры — когда им нужно распутаться. Хотя ученые уже знали, что черви двигаются таким образом, новое исследование показывает, почему они используют такие быстрые движения.
Это исследование является первой известной математической теорией активного запутывания и распутывания, и исследователи считают, что ее можно применять и в других областях.
«Представьте себе мягкий нетканый материал, состоящий из миллионов нитевидных нитей, которые могут спутываться и распутываться по команде, образуя умную липкую повязку, форма которой меняется по мере заживления раны, или умный фильтрующий материал, который изменяет топологию пор для улавливания частиц разных размеров или химические свойства», — говорится в заявлении ученых. «Возможности безграничны».