Fylligt och tungt, tardigrades fick smeknamnet "vattenbjörnar" när forskare först observerade de 0,02 tum långa djurens distinkta lumbering gångarter på 1700-talet. Deras dumma tjafs, dock, väcker frågan om varför tardigrader överhuvudtaget utvecklades till att gå.

Djur så små och mjuka som tardigrader har sällan ben och bryr sig nästan aldrig om att gå. Till exempel, rundmaskar av liknande storlek och kroppstyp slår omkring, slita sina degformar över oförutsägbara underlag. Men vattnet bär, ett mikrodjur så distinkt att forskare tvingades tilldela det till sin egen filum, använder åtta stubbiga ben för att osannolikt driva sig själv genom havs- och sötvattensediment, över ökendyner, och under jorden.

Nu, en ny studie i PNAS analyserar tardigrada gångarter och finner att vattenbjörnar går på ett sätt som mest liknar insekter 500, 000 gånger deras storlek. Upptäckten antyder existensen av antingen en gemensam förfader eller en evolutionär fördel som förklarar varför en av de minsta och squishigaste varelserna utvecklades för att gå precis som större, hårda insekter.

"Tardigrader har ett robust och tydligt sätt att röra sig - de är inte dessa klumpiga saker som snubblar runt i öknen eller i lövströ, " säger Jasmine Nirody, en stipendiat vid Rockefellers Center for Studies in Physics and Biology. "Likheten mellan deras lokomotivstrategi och den för mycket större insekter och leddjur öppnar upp för flera mycket intressanta evolutionära frågor."

Släta löpare

Nirody och kollegor bestämde först hur vattenbjörnar går och springer. "Om du tittar på tardigrader under ett ljusmikroskop tillräckligt länge, du kan fånga ett brett spektrum av beteenden, " säger Nirody. "Vi tvingade dem inte att göra någonting. Ibland skulle de vara riktigt kyliga och bara vilja strosa runt i underlaget. Andra tider, de skulle se något de gillar och springa mot det."

Nirody upptäckte att när de är som mest lugna, vatten bär virke ungefär en halv kroppslängd per sekund. Med full gas, deras slingrande steg bar dem två kroppslängder på samma tid. Men förvåningen kom när hon observerade hur en vattenbjörns fötter kommer i kontakt med marken när den tar fart. Till skillnad från ryggradsdjur, som har distinkta gångarter för varje hastighet - föreställ dig en hästs hovar när den övergår från en promenad till en galopp - tardigrader går mer som insekter, rusar i ökande hastigheter utan att någonsin ändra sina grundläggande stegmönster.

"När ryggradsdjur byter från att gå till att springa, det finns en diskontinuitet, "Säger Nirody." Med leddjur, alla stegmönster existerar längs samma kontinuum."

Forntida koordination

Varför delar tardigrader en lokstrategi med mycket större, hårda insekter?

En möjlig förklaring är att tardigrader, länge antagits passa in i någon existerande taxonomi, kan dela gemensamma förfäder – och till och med en gemensam neural krets – med insekter som fruktflugor, myror, och andra segmenterade hasande varelser. Faktiskt, vissa forskare förespråkar klassificering av tardigrader inom den föreslagna panarthropodkladen, en catchall-grupp som skulle tilldela gemensamt hyllutrymme till insekter, kräftdjur, sammetsmaskar, och vattenbjörnar.

En annan möjlighet är att det inte finns något förfäders samband mellan tardigrader och leddjur, men att de orelaterade grupperna av organismer oberoende kom fram till samma gång- och löpstrategier eftersom de var evolutionärt fördelaktiga. Det kanske bästa sättet att navigera i oförutsägbar terräng med en mikroskopisk kropp är att trampa som en vattenbjörn.

Nirody är lika fascinerad av båda möjligheterna. "Om det finns något förfäders neuralsystem som kontrollerar hela panarthropoders gång, vi har mycket att lära oss, " säger hon. "Å andra sidan, om leddjur och tardigrader konvergerade till denna strategi oberoende, då finns det mycket att säga om vad som gör denna strategi så välsmakande för arter i olika miljöer. "

Utöver implikationerna för evolutionär biologi och studiet av djurförflyttning, fynden kan ha konsekvenser för de växande områdena för mjuk och mikroskalig robotik.

Genom att studera hur små djur utvecklades för att röra sig över utmanande miljöer, forskare kanske kan designa robotar som mer effektivt kan tränga in i små utrymmen eller arbeta i mikroskala. "Vi vet inte mycket om vad som händer vid extrema rörelser - hur man gör en effektiv liten rollator, eller hur mjuka saker ska röra sig, säger Nirody.

"Tardigrader är en viktig hyttventil till mjukkroppar, mikroskalig rörelse."

Forskningen publicerades i Förfaranden från National Academy of Sciences .