探秘海星幼蟲如何創建複雜的水輪來滿足吃和跑

海星幼蟲，這裡顯示的渦水的權利。斯坦福研究表明，海星幼蟲進化機制，可以把水帶來食物接近或驅使有機體朝更好的覓食。

窺探潮池岸邊，你可以看到一個海星執著靜靜的岩石。但是，安全期是在一個悲慘的幼蟲旅行的費用。小海星幼蟲--每一個比米粒還小，花了60天60夜在開放的海洋，餵養積累需要轉化為熟悉的星狀的能量。

沿途的幼蟲必須在涉水尋找食物，成為旅途勞累作出取捨。現在在一個自然物理本文由斯坦福生物工程師Manu Prakash領導的一個研究小組透露美麗的和有效的機制，讓這些小生物存活至成年。

「我們已經表明，自然使這些幼蟲攪動水以這樣的方式來創建的旋渦有兩個進化的目的：移動生物沿著同時帶來食物足夠接近搶的，」Prakash說，一個生物工程和最近的麥克阿瑟基金會的「天才」授予冠軍助理教授。

採用實驗方法，捕捉這一機制的視覺美和數學基礎，研究人員展示了如何塑造和海星幼蟲的形式使，是維持生命所必需的功能。

「當我們看到奇怪和美麗的形狀，我們在自然界中帶回實驗室，問他們為什麼是這樣，「Prakash說。」這是我們對生物學的角度：了解數學物理形狀的生活。」

William Gilpin，在紙上，在該實驗室的研究生第一作者說，這些發現揭示了類似的進化挑戰涉及海洋無脊椎動物，海星幼蟲的重要途徑相關的幾十個。

「進化旨在滿足基本約束，」吉爾平說。」第一個解決方案，很經常贏。」

複雜的旋渦

這些實驗開始於2015夏天在斯坦福大學霍普金斯海洋站在帕西菲克格羅夫，加利福尼亞。研究人員正在對胚胎學課程時，他們開始想知道海星幼蟲的形態進化的基礎--為什麼它最終看起來就像。

帶著這份好奇回到實驗室，研究組在進行系統的生物，飼養幼蟲營養藻類和觀察他們的動作與視頻功能的顯微鏡。

「我們的第一時刻來到時，我們看到了複雜的旋渦流動在這些動物，」Vivek Prakash說（沒有關係），在生物工程和第三的團隊成員的博士後學者。」這是美麗的，意外的得到了我們所有的鉤。我們想找出為什麼這些動物做這些複雜的流動。」

吉爾平說，旋渦困惑的是，他們似乎沒什麼長進。花了很大的精力，創造水螺旋流；因此幼蟲只有三句——喂，移動和增長，必須有一個理由付出這樣的努力。

樂團的睫毛

一旦研究人員想出了幼蟲的水漩渦，了解導致他們為什麼，和實驗集中在進化的一個最普遍的結構，纖毛，從拉丁詞的睫毛。

想像一下，在一個海星幼蟲的纖毛，可以用來排一個古老的廚房--除非每個幼蟲有100000槳的槳，安排研究人員所稱的睫狀體帶網格的有機體在船上的槳比任何更複雜的模式。

他們研究發現這些100000的睫毛劃著幼蟲通過水在複雜性研究賽艇隱喻暗示。

像槳，纖毛有三個可能的行動：前進、反轉和停止。就像船槳，纖毛搬到不同的同步模式來創建不同的運動。大概是由它的神經系統，它的幼蟲比100000的睫毛在一定的模式，當它想要的飼料，以旋流水以帶來藻類足夠接近搶。然後，用一個不同的顫振的睫毛，幼蟲會創建一個新的模式的旋渦和速度了。（實驗的視頻錄像和渦是可用的。https://www.youtube.com/watch?v=k2i5GaDMcf4）

研究人員意識到他們的觀察活動和以前未知的機制，提高了幼蟲的存活率。海星幼蟲的物理結構，通過它的神經控制，允許它做飼料和速度的權衡——纏綿每當藻類豐富，然後飛奔下來應該營養生長稀少。

他們認為，這些研究結果的影響，研究人員推測，這種飼料與速度的機制可能適用於其他無脊椎動物的幼蟲，雖然不同於海星幼蟲的形態——雖然知道有類似的睫狀體帶。在本實驗的斯坦福研究人員計劃使用相同的技術來研究這些幼蟲的形狀。他們希望了解如何演化採取了一定的機制，睫狀帶，並解決同樣的飼料和不同形狀的幾十個速度的權衡。

「這是我們在我的實驗室里做什麼，」Prakash說，「尋找基本原則，我們能表達出方程來描述的美，不同的生命形式的多樣性和功能。」

該是斯坦福大學Bio-X和斯坦福chem-h和對環境的斯坦福森林研究所的會員會員。