И делают это, несмотря на примитивное строение без центрального «управляющего центра» вроде мозга. Как это возможно? Команда ученых из Венского технического университета, Венского университета и Университета Тафтса (США) смоделировала такое движение на компьютере и доказала: для плавания не нужен „главный командный пункт“. Это объясняет не только поведение микроорганизмов, но и открывает путь к созданию наноботов, которые смогут доставлять лекарства точно в цель.

Результаты опубликованы в издании Communications Physics.

Как это работает без «мозга»

Простые микроорганизмы можно представить как цепочку звеньев — например, как бусины на нитке, — говорит Бенедикт Хартл, ведущий автор исследования. — Отдельные части могут двигаться относительно друг друга. Мы хотели выяснить: при каких условиях это приводит к движению всего организма в нужном направлении?

Если есть центральный контроллер — мозг или хотя бы нервный узел, — все просто. Он отдает команды, и тело двигается согласованно. Но у одноклеточных нет нейронов. Как тогда возникает слаженное плавание? Может ли каждый участок микроорганизма, следуя простым правилам, создать общее движение?

Компьютерная модель

Ученые смоделировали микроорганизм как цепочку шариков, связанных между собой. Каждый шарик может толкаться влево или вправо, но «знает» только положение соседей. Никто не видит всю систему целиком.

Главный вопрос: можно ли придумать такие правила для каждого шарика, чтобы вся цепочка начала плыть — без единого центра управления? — объясняет Хартл.

Каждый шарик снабдили простейшей «искусственной логикой» — крошечной нейросетью с 20–50 параметрами. „Конечно, у одноклеточных нет нейронов, — уточняет Хартл. — Но похожие механизмы могут работать на уровне биохимических реакций, заставляя разные участки клетки двигаться определенным образом“.

Эту систему «обучали» в виртуальной вязкой жидкости, подбирая самый эффективный алгоритм плавания. Оказалось, даже примитивные правила приводят к четкому движению.

Где это пригодится

• Биология — теперь ясно, как простейшие организмы плавают без нервной системы.
• Медицина — наноботы смогут доставлять лекарства точно в цель, следуя тем же принципам.
• Экология — микророботы смогут искать и обезвреживать загрязнения в воде.

Этот подход переворачивает представление о движении микроорганизмов и открывает путь к созданию автономных нанороботов. Вместо сложных алгоритмов — простые правила, которые можно реализовать даже на молекулярном уровне. Это удешевит разработку медицинских микромашин и сделает их более надежными.

И все же пока это только симуляция. Реальные микроорганизмы плавают в изменчивой среде, где вязкость, давление и химический состав постоянно меняются. Сможет ли такая простая система адаптироваться в реальных условиях — вопрос.

Ранее ученые выяснили, как акулы-молотилки лупят хвостом. Они, кстати, тоже плавают.