Многоножки ходят одинаково

Действующие лица исследования – кивсяк и сколопендра, представители крымской фауны Фото с сайта kapsihor.narod.ru и zooeco.com.

А.Л.Карпович изучил локомоцию кивсяков и сколопендр. Их движение, отснятое на камеру и разобранное по кадрам, оказалось при всем своем внешнем различии, удивительно сходным. Принято разделять шаг на фазу опоры и фазу переноса: эти фазы у сколопендры и кивсяка перевернуты. Фаза опоры кивсяка соответствует фазе переноса у сколопендры, и наоборот, фаза опоры у сколопендры точно такая же, как фаза переноса у кивсяка. Локомоторная функция у представителей двух классов организована одинаково, только ее регуляция со стороны нервной системы у них разтличается.

Андрей Леонович Карпович, сотрудник лаборатории нейробиологии моторного контроля из института проблем передачи информации предложил читателям ЖОБ по-новому увидеть механизм движения многоножек. Он сравнил способ ходьбы двух различных видов: кивсяка (Pachyiulus flavipes) и сколопендры (Scolopendra cingulata), относящихся к разным классам (или, по другой систематике, к подклассам): двупарноногие и губоногие соответственно.

Кивсяк – безобидное животное, при опасности сворачивается колечком, и несмотря на бесчисленное количество ног – кивсяков называют тысяченожками – в беге показывает довольно скромный результат. Гораздо резвее хищница сколопендра, хотя у нее всего 21 пара ножек. Способы движения у этих двух животных различные, это видно хотя бы по следовым дорожкам, которые они оставляют при ходьбе. Кивсяк оставляет линию следов с высокой плотностью (до 30 точек на см), которая выглядит непрерывной колеей, а сколопендра оставляет ряд отдельных точек. Кивсяк ставит ножки по очереди друг за дружкой, а сколопендра попадает следующей ножкой ровно в след предыдущей ноги. На первый взгляд такие различия не вызывают удивления: это же разные классы с резко различной сегментацией, почему бы им иметь сходную походку.

Однако более пристальное изучение движения ножек кивсяка и сколопендры выявило существенное сходство. А.Л.Карпович снимал бегущих многоножек на камеру и делал покадровую фиксацию положения ножек. При такой детализации видно, что каждая ножка совершает два основных движения: опорное движение и движение переноса. Опорное движение у сколопендры осуществляется «след-в-след», иначе говоря, на след, оставленный первой ходильной ножкой, последовательно наступят все ножки с данной стороны тела. А движение переноса ножки размазано в междушаговом интервале.

У кивсяка расстояние между соседними следами с одной стороны тела равно длине метахрональной волны (сумма «расстояний» опоры и переноса). Кивсяк шагает, ставя ножки на опору с некоторым сдвигом друг относительно друга, так что получается плотная цепочка следов. Зато в фазе переноса ножки собираются вместе, имитируя шаг сколопендры. Если бы кивсяк мог оставлять следы в фазе переноса (представим, что повыше опоры находится длинная лента), то получились бы равномерные точки «след-в-след».

Вот фотография бегущего кивсяка: видно, что ножки в фазе переноса не распределены равномерно, как во время опорного движения, а собраны в одну точку.

Так что походка кивсяка – это примерно то же самое, что и походка сколопендры, только перевернутой на спину. То же самое относится и к кивсяку: перевернутый кивсяк будет двигать ножками подобно сколопендре. Нужно, конечно, помнить, что симметричные ножки по бокам тела у кивсяка и сколопендры движутся по-разному. У кивсяка симметричные ножки шагают вместе, а у сколопендры попеременно. Так что перевернутая сколопендра будет имитировать походку кивсяка только если смотреть на нее сбоку, вид сверху все же выдаст подлог в обоих случаях. Перевернутая сколопендра все равно будет двигать симметричными ножками в противофазе, а перевернутый кивсяк все равно будет сдвигать одновременно и правую и левую ножку.

А.Л.Карпович резонно заключает, что сходная организация движения свойственна всем многоножкам. Устройство локомоции представляет собой единый блок, который может быть встроен в ту или иную систему управления движением. Нужно быстро бегать с немногими точками опоры – пожалуйста, получите сколопендру. Нужно иметь максимальную устойчивость при движении – старый блок следует отрегулировать по-новому и получить кивсяка. По всей видимости, в центральной нервной системе в первую очередь планируется кинематический образ движения, затем надстраиваются блоки регуляции основными параметрами движения. Эволюция двигательных программ у членистоногих идет по пути комбинации готовых блоков, одним из которых является образ движения.

Эти результаты открывают любопытные возможности для исследования древних членистоногих, оставивших в мягком грунте свои следы. Каким был их способ движения? – подобный многоножкам или какой-то другой? Что можно сказать о скоростных качествах древних бегунов? Какое разнообразие локомоции было присуще ископаемым родичам многоножек? Ответы на эти вопросы могут прояснить некоторые стороны эволюции членистоногих.

Следовые дорожки трилобитов. Как ходили трилобиты? С какой скоростью? Есть ли общие черты походок трилобитов и многоножек? Все это вопросы к специалистам по локомоции. Фото с сайтов drydredgers.org/flexi.htm, www.trilobites.info/trace.htm

А вот следовая дорожка древнейшего пешехода, ходившего по мягкому илу 570 млн. лет назад. Это первое существо на Земле, оставившее следы своей ходьбы.