В переполненном помещении или в салоне общественного транспорта мы ожидаемо двигаемся медленнее, чем в пустом пространстве. Удивительно, но черви ведут себя прямо противоположным образом: в среде со случайно расположенными препятствиями они, как правило, двигаются тем быстрее, чем этих препятствий больше. Рассматривая червей как «активное, похожее на полимер вещество», ученые из Амстердамского университета объяснили этот удивительный факт. Исследование было опубликовано в Physical Review Letters на этой неделе.
Одним из отличий червей от людей является их веретенообразная форма: длина червя намного больше его ширины (не все знают, что слово вермишель происходит от латинского vermis, «червяк»). Кроме того, они извиваются — или, говоря языком материаловедов, ведут себя как активный полимер. Исследователи предположили, что именно такое активное поведение, подобное полимерам, заставляет червей вести себя вопреки житейской человеческой логике.
Физики обнаружили, что большее количество препятствий не всегда заставляет червей двигаться быстрее: решающую роль играет организация препон. Когда препятствия были расположены упорядоченно, черви замедлялись по мере увеличения плотности преград, что соответствовало и человеческому поведению. Но когда они располагались хаотично, подопытные резко ускорялись и становились настоящими проходимцами.
Еще одним сюрпризом стало то, что снижение общей активности червей — например, из-за существенного понижения температуры окружающей среды — не приводило, вопреки ожиданиям, к уменьшению скорости преодоления лабиринта.
Чтобы объяснить эти интригующие наблюдения, исследователи разработали статистическую модель самодвижущихся полимерных нитей, имитирующих поведение червей. Модель успешно воспроизвела динамику движения беспозвоночных, показав решающее влияние на нее структуры окружающей среды.
Случайное расположение препятствий создает между «столбиками» узкие «трубочки», по которым черви ползут с ускорением. Напротив, упорядоченное расположение столбиков образует более широкие открытые пространства, в которых они сворачиваются, застревая и замедляясь. Говоря иными словами, в стесненных условиях червю, как и полимеру, деваться некуда, и он быстрее ползет вперед. Получив же пространство для маневра, он теряет скорость.
Полученные данные не только показывают, как черви ориентируются в стесненной почвенной среде, но и объясняют поведение паразитических биологических объектов (гельминты, личинки насекомых) в организмах человека и животных. Полученные данные могут пригодиться и для обучения роботов, работающих в сложных ландшафтах, а также червеобразных медицинских микророботов, внедряемых в тело для лечения или диагностики.
