@ 2014.05.16 , 22:32

脑洞大开:章鱼爪子那么多,是如何做到不打结的?

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章鱼的爪是超级神奇的东西:就算被切断了也还能存活1个小时;断了也可以自己行动;爪上有很多吸盘,可以随意抓东西;可以毫无限制地弯曲、拉伸。这些特点都意味着章鱼大部分时间都是一大捆爪子的综合体,试想一下,它身体上有八个爪子,每个爪子还几乎有自己的“思维”,这该是多么神奇的事情。那这些“独立爪”为什么不会抓到对方或不小心相互打了个结呢?最新的研究表明,章鱼的“独立爪”之所以不会打结,是因为它的皮肤会分泌一种物质来避免它们相互抓握。

来自耶路撒冷希伯来大学的研究人员Guy Levy说“进化真是太奇妙了,能够用这么简单的方法解决了这个原本几乎不可能解决的超级难题。这个研究结果将为工程师们提供类生物机器人的又一新思路。”

“独立爪”

章鱼的爪子们异常敏捷,它们可以拧开有螺旋盖的罐子、剥开牡蛎、用敏捷的爪操纵环境。这些爪们有自己的迷你神经系统,可以在不与大脑沟通的情况下自己控制步伐。其实人类也有这种不受大脑控制的运动反射,但这些反射都比较简单,例如医生给你检查时候做的膝跳反射。而章鱼的爪,就算断了也能存活,到处游荡见啥抓啥。在“野外”这种“截肢”是很常见的,章鱼对此一点儿也不担心,因为断了还能再长,有时候它们甚至会自己吃掉这些“断臂”,别的章鱼要是碰到小伙伴的残肢,也会把它吃掉。

Levy和他的合作伙伴对这些神奇爪子非常感兴趣,他们想要弄明白这八个“半自治”爪到底是怎样防止抓到对方的。研究人员首先把这只章鱼的几只爪切断(虽然章鱼倒是对于断臂不会介意,但事先还是把章鱼麻醉了),把断臂们放在一起。结果发现断臂并不会抓握对方,也不会碰表面涂有章鱼皮肤分泌物的塑料皿,但断臂却会抓另一只剥了皮的断臂。

奇怪的行为

显然,章鱼爪子上的皮肤可以防止自己被别的爪子侵犯,但究竟起作用的是什么物质呢?研究人员猜想应该是某种化学分泌物。

为了验证这一猜想,研究人员提取章鱼的表皮物质,把它们涂到塑料皿上供给断臂,为了对比,另一些塑料皿则为断臂提供鱼皮提取液,还有一些则只有普通培养液。结果发现断臂依旧会避免碰触章鱼皮相关的物质。它们抓章鱼皮塑料的力度比抓普通培养液塑料弱10倍,比鱼皮塑料弱20倍。(没错,断臂虽然断了,还是有抓取食物的能力。)

接下来,研究人员在活章鱼上做实验,奇怪的事情就是在这里发生的。有时候,章鱼会急切地拽路边的断臂并把它给吃了!有时候,它会绕着这个潜在食物转圈,然后摩擦断臂,并不是抓住它。如果要抓住它,也是抓其与身体分离的残端,那部分没有皮肤覆盖,然后小心翼翼地把断臂放在嘴边,让它们像意大利面一样晃来晃去,研究人员把这命名为“意大利面握持”(spaghetti holding)。

自我识别

在重复实验中,比起对待小伙伴的断臂,章鱼似乎遇到自己的断臂时会表现得更奇怪,95%的次数中章鱼会用它的吸盘抓住其他章鱼的断臂,而遇到自己的断臂,用吸盘的次数只有不到40%。相似的是,72%的章鱼会把伙伴的断臂当作食物,而只有28%会吃掉自己的断臂。Levy称“显然,章鱼用来避免爪子互碰的化学分泌物是有个体特异性的,而具体特异性还在研究当中。”

自我识别在大自然中十分普遍,例如免疫细胞就能清楚辨别这是自体细胞还是异体细胞,但在章鱼的神奇之处在于它将这种自我识别运用到了对运动的控制上。

该研究的研究人员也是另一个机器人研究团队中的成员,他们正在研究如何将这种灵活敏捷的章鱼爪原理应用到医疗和手术之中。医疗章鱼机械爪不用担心碰到对方,因为它不像章鱼有八个爪子,它只有一个机械臂,但这个“防互抓”原理仍然有用。例如机械爪要从肠子里挪到手术部位,那么就要它会被设定为避免抓握肠壁细胞,以防止抓错组织。这篇研究于5月15日发表于当代生物学杂志。

本文译自 LiveScience,由译者 MegaMega 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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