اختاپوس‌ها چطور از سوراخ‌هایی کوچک‌تر از بدنشان عبور می‌کنند؟

اختاپوس‌ها می‌توانند بدن نرم و انعطاف‌پذیر خود را از سوراخ‌هایی عبور دهند که بسیار کوچک‌تر از اندازه‌ی بدنشان هستند. این توانایی شگفت‌انگیز مدت‌ها توجه دانشمندان را جلب کرده بود، اما چگونگی انجام آن به‌طور دقیق مشخص نبود. اکنون پژوهشگران با طراحی آزمایشی تازه دریافته‌اند که اختاپوس‌ها برای عبور از فضاهای تنگ، بسته به اندازه‌ی سوراخ از دو روش متفاوت استفاده می‌کنند.

به‌گزارشآی‌اف‌ال‌ساینسگروهی از پژوهشگران برای بررسی نحوه‌ی عبور اختاپوس‌ها از فضاهای محدود، مجموعه‌ای از محفظه‌های شفاف پلکسی‌گلاس ساختند. این محفظه‌ها مانند اتاق فرار عمل می‌کردند و اختاپوس‌ها برای خروج از آن‌ها باید از سوراخ‌هایی با اندازه‌های مختلف عبور می‌کردند.

در آزمایش‌ها دو گونه، شامل اختاپوس معمولی (Octopus vulgaris) و اختاپوس مایایی (Octopus maya)، شرکت داشتند. پژوهشگران ابتدا فاصله‌ی میان چشم‌های هر اختاپوس را اندازه گرفتند تا بتوانند سوراخ‌هایی متناسب با ساختار بدن جانور طراحی کنند.

بدن اختاپوس‌ها برخلاف بسیاری از جانوران، فاقد اسکلت سخت داخلی است و بیشتر قسمت‌های آن می‌توانند به‌شدت تغییر شکل دهند. بااین‌حال، همه‌ی بخش‌های بدن این جانور به یک اندازه انعطاف‌پذیر نیستند. ساختار سختی که از بخشی از دستگاه عصبی مرکزی محافظت می‌کند، در کنار منقار ساخته‌شده از کیتین، از قسمت‌هایی است که نمی‌تواند مانند بافت‌های نرم اطراف فشرده شود.

اجرای آزمایش‌ها به‌اندازه‌ی طراحی آن‌ها ساده نبود. شین ونچی، نویسنده‌ی اصلی پژوهش و پژوهشگر پسادکتری در مرکز اتحادیه‌ی پژوهش و فناوری سنگاپور و MIT موسوم به SMART، می‌گوید کارکردن با جانوران برای او تجربه‌ای متفاوت بود.

ونچی که در زمینه‌ی مهندسی فعالیت می‌کند، توضیح می‌دهد برخلاف ماشین‌ها که معمولاً دستورهای مشخص را اجرا می‌کنند، رفتار حیوانات به‌سادگی قابل‌پیش‌بینی نیست. به همین دلیل، پژوهشگران برای ترغیب اختاپوس‌ها به عبور از سوراخ‌ها از کمک زیست‌شناسان باتجربه استفاده کردند.

نتایج آزمایش‌ها نکته‌ای غیرمنتظره را آشکار کرد. اختاپوس‌ها برای عبور از سوراخ‌های بزرگ‌تر و کوچک‌تر، ترتیب حرکت اندام‌های خود را تغییر می‌دادند.

هنگامی که سوراخ به‌اندازه‌ی کافی بزرگ بود، اختاپوس‌ها از روشی سه‌مرحله‌ای استفاده می‌کردند. ابتدا با بازوهایشان سوراخ را بررسی می‌کردند، سپس بخشی از بازوها را همراه با جبه، یعنی بخش گوشتی اصلی بدن، از سوراخ عبور می‌دادند و در مرحله‌ی آخر، بازوهای باقی‌مانده را بیرون می‌کشیدند.

اما وقتی سوراخ کوچک‌تر بود، ترتیب حرکت تغییر می‌کرد. اختاپوس‌ها ابتدا سوراخ را بررسی می‌کردند، سپس تعدادی از بازوها را از آن عبور می‌دادند. در مرحله‌ی بعد، باقی بازوها را به سمت دیگر منتقل می‌کردند و در پایان، جبه را با فشرده‌کردن از سوراخ عبور می‌دادند.

روش چهارمرحله‌ای به اختاپوس‌ها اجازه می‌داد عبور اندام‌ها و بخش اصلی بدن را از یکدیگر جدا کنند و برای گذشتن از فضای محدود، کنترل بیشتری بر شکل بدن خود داشته باشند.

مشاهده‌ی روش دوم در ابتدا برای گروه پژوهشی گیج‌کننده بود، اما بررسی دقیق‌تر نشان داد که هر دو روش از الگوی کلی مشابهی پیروی می‌کنند. تفاوت اصلی این بود که اختاپوس‌ها در مواجهه با سوراخ‌های تنگ‌تر، فرایند عبور بدن را به مراحل بیشتری تقسیم می‌کردند.

مایکل کوبا، پژوهشگر دانشگاه ناپل و یکی از نویسندگان مطالعه، معتقد است بررسی رفتار اختاپوس‌ها از دیدگاه مهندسی رباتیک، پیچیدگی‌هایی را آشکار کرده که ممکن است در نگاه نخست برای زیست‌شناسان چندان مهم به نظر نرسند.

به گفته‌ی کوبا، عبور جانوری نرم‌بدن از شکاف ممکن است رفتاری ساده به نظر برسد، اما بررسی دقیق آن نشان می‌دهد که حرکت از چند مرحله‌ی مشخص تشکیل شده است. اختاپوس‌ها در هر مرحله، وضعیت بدن خود را تغییر می‌دهند و برای عبور از مانع، از اندام‌های متفاوتی کمک می‌گیرند.

یافته‌ها می‌توانند به ساخت ربات‌های نرمی کمک کنند که با تغییر شکل بدن خود از فضاهای تنگ عبور می‌کنند. پژوهشگران امیدوارند با الهام از اختاپوس‌ها، ربات‌هایی بسازند که بدون کوچک‌ترشدن ابعادشان به مکان‌های دشوار و غیرقابل‌دسترس راه پیدا کنند. چنین ربات‌هایی می‌توانند در عملیات جست‌وجو و نجات، به‌ویژه میان آوار ساختمان‌ها، کاربرد داشته باشند.

پژوهش جدید در کنار کاربردهای مهندسی، پرسش‌های تازه‌ای را درباره‌ی نحوه‌ی کنترل بدن اختاپوس‌ها مطرح می‌کند. کوبا می‌گوید از دیدگاه زیست‌شناسی، یکی از پرسش‌های مهم این است که اختاپوس برای هماهنگ‌کردن حرکاتش تا چه اندازه باید از موقعیت اندام‌ها و وضعیت بدن خود آگاهی داشته باشد.

این موضوع به‌ویژه از آن جهت اهمیت دارد که اختاپوس‌ها هشت بازوی بسیار انعطاف‌پذیر دارند و برای عبور از فضاهای محدود باید حرکت آن‌ها را با تغییر شکل سایر قسمت‌های بدن هماهنگ کنند.

پژوهش در ژورنالJournal of Experimental Biologyمنتشر شده است.