Als je kleine wormpjes onder een microscoop legt, kan je iets heel verrassends zien, ze lijken een veegbeweging te maken om hun eigen omgeving op te ruimen. Die ontdekking is niet alleen opvallend, maar kan voor ons ook van pas komen bij bijvoorbeeld het verzamelen van microplastics in de natuur.
Kleine wormen in een zanderig petrischaaltje
Als kleine waterwormen, zoals de gewone slingerworm of de broze slibworm in een petrischaal met zanddeeltjes van minder dan een millimeter grootte worden geplaatst, gebeurt er iets bijzonders. Na verloop van tijd beginnen de dieren uit het niets hun omgeving schoon te maken. Ze vegen de deeltjes samen tot compacte hoopjes, waardoor ze hun omgeving langzaamaan opnieuw vormgeven en ordenen.
In het onderzoek, gepubliceerd in het tijdschrift Physical Review X, laat een team van onderzoekers zien dat de dieren voor dit opmerkelijke bezemgedrag geen hersenen nodig hebben. Ook komt het niet voort uit een interactie of confrontatie tussen de wormen en de deeltjes. In plaats daarvan ontstaat het opruimen uit de natuurlijke golvende beweging en de flexibiliteit van de wormen.
Activiteit en flexibiliteit
Onderzoekers Antoine Deblais en Saad Bhamla leidden het onderzoek. “Het is fascinerend om te zien hoe levende wormen hun omgeving kunnen ordenen door zich simpelweg te bewegen”, vertelt Deblais. “De activiteit en flexibiliteit van de wormen zijn op zichzelf al voldoende om deeltjes te verzamelen en hun omgeving te hervormen”, voegt Bhamla daaraan toe.
Door eenvoudige robot- en computermodellen te bouwen die de levende wormen nabootsen, ontdekten de onderzoekers dat slechts die twee onderdelen, activiteit en flexibiliteit, voldoende waren om de opruim- en verzameleffecten na te bootsen. Zo ontstaat vanzelf een herstructurering van de omgeving, gestuurd door niets meer dan beweging en vorm.
Onderzoeker Rosa Sinaasappel voerde de robotexperimenten aan de Universiteit van Amsterdam uit. “Door de beweging van de wormen na te bootsen met simpele, hersenloze robots die met elkaar verbonden waren door flexibele rubberen schakels, konden we de twee essentiële ingrediënten voor het veegmechanisme identificeren”, legt ze uit.
Nuttig voor het verzamelen van microplastics
De resultaten zeggen niet alleen iets verrassends over wormen, ze laten ook zien hoe eenvoudige organismen spontaan deeltjes verzamelen, met gevolgen die veel verder reiken. Dat principe kan technologische toepassingen inspireren, zoals robots die materialen reinigen of sorteren, zonder dat daar sensoren of voorgeprogrammeerde intelligentie aan te pas komen.
Zulke robots zouden, net als de wormen, simpelweg bewegen en de rest gebeurt vanzelf. Deze ‘hersenloze’ machines zouden wellicht ooit behulpzaam kunnen zijn bij het verwijderen van microplastics uit watergebieden.
Vanuit een biologisch opzicht bieden de resultaten ook inzicht in hoe langwerpige levende organismen, niet alleen wormen maar bijvoorbeeld ook lange bacteriën, hun eigen leefomgeving kunnen vormgeven en aanpassen door middel van simpele fysieke interacties. Het begrijpen van dit gedrag is altijd een belangrijke vraag geweest voor bijvoorbeeld regenwormen en hun rol in bodemventilatie.
Verder onderzoek
Het project ontstond uit de nieuwsgierigheid naar hoe levende systemen hun omgeving vormgeven zonder centrale controle. Oorspronkelijke experimenten met wormen lieten onverwachte patronen zien in de opeenhoping van deeltjes. Dit bracht het team ertoe om te proberen dit gedrag te reproduceren met behulp van robots, wat verrassend goed lukte.
De onderzoekers zullen dit soort gedrag in de toekomst verder onderzoeken. Hoewel er vanuit dit onderzoek nu een eenvoudig wiskundig model van het ‘vegen’ is gemaakt, blijven er voor theoretici nog veel uitdagende vragen onbeantwoord over dit ingewikkelde systeem.
