海星:无心无脑,照样活得很好

2023-05-31 01:50马睿棋
科学大众·小诺贝尔 2023年5期
关键词:腕足海星贲门

马睿棋

辐射对称的身体

一眼看去,海星和常见的小猫、小狗最大的不同是身体对称方式的不同。从鱼类、青蛙、蛇、蜥蜴到包括人类在内的哺乳动物,都是脊椎动物,都有一条脊椎骨横贯胸腹。脊椎骨就是身体的对称轴,可以像折纸一样把左边和右边的身体重合地折在一起。而海星体内没有脊椎骨,身体是辐射对称的,有5条辐射轴。只要把海星的身体略微旋转72°,从老位置换到新位置的海星看起来还是一模一样。同学们可以画一只海星,旋转了试试看。

简单的身体结构

无脊椎动物的身体复杂程度比脊椎动物低很多。比如海星,没心,没脑,然而照样活得很好。那么,海星有什么呢?

吃饭是动物第一重要的事情。所以,海星有口、肛门、消化腺、胃,并且有两个胃:幽门胃用于消化食物,贲门胃则充当人类的手。遇到蛤蜊、扇贝等难消化且形状不规整的食物时,海星就把贲门胃吐出来,包裹住食物后,分泌消化酶,把食物消化成不扎嘴、软软的一团后,再将贲门胃滑回体内。人类有手抓饭,海星有胃包饭。

运动是怎么实现的

海星的5条腕足没有关节,于是它们和其他棘皮动物一样,发展出一套水管系统,每条腕足里都有分支,就像一套液压机一样,让腕足弯曲离地或者贴地伸平,从而实现身体的移动。而且也像真正的液压机一样,水管系统里的液体与海水等渗,并且这些液体不与外界进行交换。筛板就是隔绝海水和水管系统的隔板。

那么,问题来了!海星的身体是辐射对称的,如果水管系统发挥作用,5条腕足各自向外伸展,那么彼此的力量抵消,海星还是无法移动。而事实上,海星却是能够自由行走的。海星没有大脑,是如何实现往哪个方向运动的呢?

海星虽然没有大脑,但是有神经系统,分布在5条腕足内,独立地感受周围环境并作出行动反应。此外,海星的神经系统虽是分散式的,信息却是高度共享的。围绕着身体中央部位的嘴,海星建立了一个神经环,和5条腕足内部的神经连接在一起。

5条腕足对外界环境的反应,都反馈到这个中央神经环路上,便实现了信息共享。如果一条腕足伸平或弯曲的动作幅度特别大,其他4条腕足感受到这个信息后,就会自觉跟随,而放弃自己原本的运动方向。这样,5条腕足就可以协调地同步运动。而那条动作最激烈的腕足,就是本次行动的“支配腕”,当家做主。

给我们的启示

海星不需要中央指挥系统就可以协调运动,这给了科學家很好的启示。设计机器人时,人们总想为机器人设计一个和人类一样的大脑,统领机器人全身,对环境作出反应,并执行相应的任务。然而,这似乎是可望而不可即的科幻。如果借助海星的分布式神经模式,是否可以将机器人的自主决策系统适度简化并具备一定的可行性呢?

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