馬睿棋

輻射對(duì)稱的身體

一眼看去，海星和常見的小貓、小狗最大的不同是身體對(duì)稱方式的不同。從魚類、青蛙、蛇、蜥蜴到包括人類在內(nèi)的哺乳動(dòng)物，都是脊椎動(dòng)物，都有一條脊椎骨橫貫胸腹。脊椎骨就是身體的對(duì)稱軸，可以像折紙一樣把左邊和右邊的身體重合地折在一起。而海星體內(nèi)沒有脊椎骨，身體是輻射對(duì)稱的，有5條輻射軸。只要把海星的身體略微旋轉(zhuǎn)72°，從老位置換到新位置的海星看起來(lái)還是一模一樣。同學(xué)們可以畫一只海星，旋轉(zhuǎn)了試試看。

簡(jiǎn)單的身體結(jié)構(gòu)

無(wú)脊椎動(dòng)物的身體復(fù)雜程度比脊椎動(dòng)物低很多。比如海星，沒心，沒腦，然而照樣活得很好。那么，海星有什么呢？

吃飯是動(dòng)物第一重要的事情。所以，海星有口、肛門、消化腺、胃，并且有兩個(gè)胃：幽門胃用于消化食物，賁門胃則充當(dāng)人類的手。遇到蛤蜊、扇貝等難消化且形狀不規(guī)整的食物時(shí)，海星就把賁門胃吐出來(lái)，包裹住食物后，分泌消化酶，把食物消化成不扎嘴、軟軟的一團(tuán)后，再將賁門胃滑回體內(nèi)。人類有手抓飯，海星有胃包飯。

運(yùn)動(dòng)是怎么實(shí)現(xiàn)的

海星的5條腕足沒有關(guān)節(jié)，于是它們和其他棘皮動(dòng)物一樣，發(fā)展出一套水管系統(tǒng)，每條腕足里都有分支，就像一套液壓機(jī)一樣，讓腕足彎曲離地或者貼地伸平，從而實(shí)現(xiàn)身體的移動(dòng)。而且也像真正的液壓機(jī)一樣，水管系統(tǒng)里的液體與海水等滲，并且這些液體不與外界進(jìn)行交換。篩板就是隔絕海水和水管系統(tǒng)的隔板。

那么，問題來(lái)了！海星的身體是輻射對(duì)稱的，如果水管系統(tǒng)發(fā)揮作用，5條腕足各自向外伸展，那么彼此的力量抵消，海星還是無(wú)法移動(dòng)。而事實(shí)上，海星卻是能夠自由行走的。海星沒有大腦，是如何實(shí)現(xiàn)往哪個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的呢？

海星雖然沒有大腦，但是有神經(jīng)系統(tǒng)，分布在5條腕足內(nèi)，獨(dú)立地感受周圍環(huán)境并作出行動(dòng)反應(yīng)。此外，海星的神經(jīng)系統(tǒng)雖是分散式的，信息卻是高度共享的。圍繞著身體中央部位的嘴，海星建立了一個(gè)神經(jīng)環(huán)，和5條腕足內(nèi)部的神經(jīng)連接在一起。

5條腕足對(duì)外界環(huán)境的反應(yīng)，都反饋到這個(gè)中央神經(jīng)環(huán)路上，便實(shí)現(xiàn)了信息共享。如果一條腕足伸平或彎曲的動(dòng)作幅度特別大，其他4條腕足感受到這個(gè)信息后，就會(huì)自覺跟隨，而放棄自己原本的運(yùn)動(dòng)方向。這樣，5條腕足就可以協(xié)調(diào)地同步運(yùn)動(dòng)。而那條動(dòng)作最激烈的腕足，就是本次行動(dòng)的“支配腕”，當(dāng)家做主。

給我們的啟示

海星不需要中央指揮系統(tǒng)就可以協(xié)調(diào)運(yùn)動(dòng)，這給了科學(xué)家很好的啟示。設(shè)計(jì)機(jī)器人時(shí)，人們總想為機(jī)器人設(shè)計(jì)一個(gè)和人類一樣的大腦，統(tǒng)領(lǐng)機(jī)器人全身，對(duì)環(huán)境作出反應(yīng)，并執(zhí)行相應(yīng)的任務(wù)。然而，這似乎是可望而不可即的科幻。如果借助海星的分布式神經(jīng)模式，是否可以將機(jī)器人的自主決策系統(tǒng)適度簡(jiǎn)化并具備一定的可行性呢？