Как клубок из сотен червей может распутаться за доли секунды

Исследователи создали математическую модель, показывающую, как черви могут отделяться друг от друга.

Калифорнийские черви (Lumbriculus variegatus) умеют не так уж много всего. Но среди их навыков есть один довольно зрелищный: черви могут запутаться в единый гигантский шевелящийся узел, а потом распутаться из него в течение миллисекунд. Теперь математики показали, как они это делают.

Исследователи изучили L. variegatus – тонких червей, длина которых может достигать 10 сантиметров, – в лаборатории, наблюдая, как тысячи червей переплетаются между собой. И поняли: несмотря на то, что червям требуется несколько минут, чтобы превратиться в извивающийся ком, распасться он может гораздо быстрее. 

«Мы хотели понять точную механику того, как черви меняют динамику своего движения, чтобы запутаться, а потом сверхбыстро распутаться. Это ведь не струны, провода или спагетти – это живые, активные клубки, что добавляет захватывающий аспект к нашему исследовательскому вопросу», – Саад Бхамла, соавтор исследования из Школы химической и биомолекулярной инженерии при Технологического института Джорджии.

Чтобы спровоцировать реакцию побега, исследователи направили ультрафиолетовый свет на массу червей, что заставило их «взрывным» образом рассеяться. Но команда так и не поняла механику происходящего в центре червивого клубка. Поэтому они поместили червей в нетоксичную желеобразную массу и с помощью ультразвукового аппарата наблюдали за явлением изнутри.

Потом любопытные ученые объединили полученные изображения в ролик и нанесли более 46 000 точек данных, чтобы понять «математику, лежащую в основе движений червей». Команда создала математическую модель, которая может помочь предсказать точный путь побега каждого червя их клубка.

Модель предсказывала, что в клубке 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 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. Возможности безграничны», – заключает Бхамла.