Mollig en zwaar, tardigrades verdienden de bijnaam "waterberen" toen wetenschappers voor het eerst de kenmerkende logge gangen van de 0,02-inch lange dieren in de 18e eeuw observeerden. Hun lompe gezwoeg, echter, roept de vraag op waarom tardigrades evolueerden om überhaupt te lopen.

Dieren zo klein en zacht als tardigrades hebben zelden poten en lopen bijna nooit. Bijvoorbeeld, ronde wormen van vergelijkbare grootte en lichaamstype spartelen in het rond, hun deegachtige vormen glijden over onvoorspelbare substraten. Toch de waterbeer, een micro-dier zo verschillend dat wetenschappers werden gedwongen om het toe te wijzen aan zijn eigen phylum, acht stompe poten gebruikt om zichzelf onwaarschijnlijk voort te stuwen door zee- en zoetwatersediment, over woestijnduinen, en onder de grond.

Nutsvoorzieningen, een nieuwe studie in PNAS analyseert tardigrade gangen en vindt dat waterberen lopen op een manier die het meest lijkt op die van insecten 500, 000 keer hun grootte. De ontdekking impliceert het bestaan ​​van een gemeenschappelijke voorouder of een evolutionair voordeel dat verklaart waarom een ​​van de kleinste en zachtste wezens evolueerde om net zo te lopen als grotere, harde insecten.

"Tardigrades hebben een robuuste en duidelijke manier van bewegen - het zijn niet deze onhandige dingen die rondstruinen in de woestijn of in bladafval, " zegt Jasmijn Nirody, een fellow in Rockefeller's Center for Studies in Physics and Biology. "De overeenkomsten tussen hun locomotiefstrategie en die van veel grotere insecten en geleedpotigen openen verschillende zeer interessante evolutionaire vragen."

Gladde lopers

Nirody en collega's bepaalden eerst hoe waterberen lopen en rennen. "Als je tardigrades lang genoeg onder een lichtmicroscoop bekijkt, je kunt een breed scala aan gedrag vastleggen, " zegt Nirody. "We hebben ze niet gedwongen om iets te doen. Soms waren ze heel chill en wilden ze gewoon door het substraat slenteren. Andere tijden, ze zouden iets zien dat ze leuk vinden en ernaar toe rennen."

Nirody ontdekte dat op hun gemak, water draagt ​​ongeveer een halve lichaamslengte per seconde. Op volle kracht, hun lopende passen droegen hen twee lichaamslengten in dezelfde hoeveelheid tijd. Maar de verrassing kwam toen ze zag hoe de poten van een waterbeer contact maken met de grond als deze aan kracht wint. In tegenstelling tot gewervelde dieren, die verschillende gangen hebben voor elke snelheid - stel je de hoeven van een paard voor als het overgaat van een stap naar een galop - tardigrades lopen meer als insecten, rennen met toenemende snelheden zonder ooit hun basisstappatronen te veranderen.

"Als gewervelde dieren overschakelen van lopen naar rennen, er is een discontinuïteit, ' zegt Nirody. 'Met geleedpotigen, alle stappatronen bestaan ​​langs hetzelfde continuüm."

oude coördinatie

Waarom delen tardigrades een locomotiefstrategie met veel grotere, harde insecten?

Een mogelijke verklaring is dat tardigrades, lang verondersteld om netjes in geen bestaande taxonomie te passen, kunnen gemeenschappelijke voorouders delen - en zelfs een gemeenschappelijk neuraal circuit - met insecten zoals fruitvliegen, mieren, en andere gesegmenteerde haastige wezens. In feite, sommige wetenschappers pleiten voor het classificeren van tardigrades binnen de voorgestelde panarthropod-clade, een verzamelgroep die gemeenschappelijke schapruimte zou toewijzen aan insecten, schaaldieren, fluwelen wormen, en waterberen.

Een andere mogelijkheid is dat er geen voorouderlijk verband is tussen tardigrades en geleedpotigen, maar dat de niet-verwante groepen organismen onafhankelijk van elkaar tot dezelfde loop- en hardloopstrategieën kwamen omdat ze evolutionair voordelig waren. Misschien is de beste manier om met een microscopisch lichaam door onvoorspelbaar terrein te navigeren, te ploeteren als een waterbeer.

Nirody is even gefascineerd door beide mogelijkheden. "Als er een voorouderlijk neuraal systeem is dat het lopen van panarthropoden regelt, we hebben veel te leren, "zegt ze. "Aan de andere kant, als geleedpotigen en tardigrades onafhankelijk van elkaar op deze strategie zouden convergeren, dan valt er veel te zeggen over wat deze strategie zo smakelijk maakt voor soorten in verschillende omgevingen."

Afgezien van de implicaties voor evolutionaire biologie en de studie van de voortbeweging van dieren, de bevindingen kunnen gevolgen hebben voor de ontluikende velden van zachte en microschaalrobotica.

Door te bestuderen hoe kleine dieren evolueerden om door uitdagende omgevingen te bewegen, wetenschappers kunnen mogelijk robots ontwerpen die efficiënter in kleine ruimtes kunnen persen of op microschaal kunnen werken. "We weten niet veel over wat er gebeurt bij de extremen van de voortbeweging - hoe je een efficiënte kleine rollator maakt, of hoe zachtaardige dingen zouden moeten bewegen, ' zegt Nirod.

"Tardigrades zijn een belangrijke patrijspoort in zachte, voortbeweging op microschaal."

Het onderzoek is gepubliceerd in Proceedings van de National Academy of Sciences .