Uloborus ist anders. (Marschall Hedin/iNaturalist, CC-BY-NC-SA) Obwohl sie klein genug sein können, um auf Ihrem Fingernagel zu tanzen, sind Spinnen zu atemberaubend schönen und komplexen technischen Leistungen fähig.
Das sind natürlich ihre Netze – Strukturen, die die menschliche Fantasie fasziniert und beflügelt haben seit Jahrtausenden . Jetzt haben wir die bisher detaillierteste Analyse, wie sie dies tun.
Ein Team von Wissenschaftlern setzte Nachtsichtkameras ein und künstliche Intelligenz jede Position aller acht Beine einer Spinne während des Aufbaus eines Netzes zu untersuchen. Das Ergebnis ist ein Modell, das anhand der Haltung der Spinnenbeine die Phasen des Netzaufbaus vorhersagen kann.
Dies sollte Wissenschaftlern dabei helfen herauszufinden, was in ihren winzigen Spinnengehirnen vor sich geht, während sie arbeiten und sich im Dunkeln drehen.
Uloborus diversus auf einem seiner komplizierten Netze. ( Michael Schmidt/Flickr/CC BY-NC-SA 2.0 )
„Ich habe mich zum ersten Mal für dieses Thema interessiert, als ich mit meinem Sohn auf Vogelbeobachtung war. Nachdem ich ein spektakuläres Netz gesehen hatte, dachte ich: „Wenn Sie in einen Zoo gehen und sehen würden, wie ein Schimpanse das baut, würden Sie denken, dass das ein erstaunlicher und beeindruckender Schimpanse ist.“ „Das ist umso erstaunlicher, weil das Gehirn einer Spinne so winzig ist und ich frustriert war, dass wir nicht mehr darüber wussten, wie dieses bemerkenswerte Verhalten zustande kommt“, sagt der Verhaltensbiologe Andrew Gordus der Johns Hopkins University.
„Jetzt haben wir die gesamte Choreografie für den Webaufbau definiert, was noch nie für eine Tierarchitektur mit dieser feinen Auflösung durchgeführt wurde.“
Obwohl kein anderes Tier auf die gleiche Weise baut wie der Mensch, sind wir in unserer Konstruktionsfähigkeit nicht einzigartig. Andere Primaten Nester bauen , wie auch viele Vögel. Einige Krabben Schornsteine bauen , und einige Köcherfliegenlarven bauen Schutzhüllen zum Leben. Aber keines davon ist so kompliziert, vielfältig oder schön wie die Netze der Spinnen.
Im Mittelpunkt des Versuchs, eine Bibliothek von Bewegungen zum Aufbau von Spinnennetzen aufzubauen, steht Uloborus ist anders , ein Mitglied einer Spinnenfamilie, die als Hacked Orb Weaver bekannt ist. Diese häufig vorkommenden ungiftigen und insektenfressenden Spinnen mit einer Größe von nur wenigen Millimetern kommen in den USA und in Mexiko vor. Wie Kugelspinnen bauen sie jede Nacht komplizierte Netze, um ihre Beute zu fangen.
Für den Aufnahmevorgang wurden sechs Spinnen angeworben. Jede Nacht zeichneten die Forscher mit Infrarotkameras und Lichtern diese Spinnen auf, während sie ihre Netze bauten, und überwachten mithilfe neuronaler Netzwerke zur Gliedmaßenverfolgung 26 Punkte am Körper jeder Spinne: die Basis, den Oberschenkelknochen und das Schienbein jedes Beins sowie die Die vordersten und hintersten Punkte des Körpers.
„Selbst wenn man es per Video aufzeichnet, sind das eine Menge Schritte, die man über einen langen Zeitraum hinweg bei vielen Individuen verfolgen muss.“ sagte der Neurophysiologe Abel Corver der Johns Hopkins University.
„Es ist einfach zu aufwändig, jedes Bild durchzugehen und die Beinpunkte von Hand zu kommentieren. Deshalb haben wir Bildverarbeitungssoftware darauf trainiert, die Haltung der Spinne Bild für Bild zu erkennen, sodass wir alles dokumentieren konnten, was die Beine tun, um ein ganzes Netz aufzubauen.“
Auf diese Weise zeichneten die Forscher den stundenlangen Aufbau von 21 Netzen und jede Bewegung des Spinnentierkörpers auf, die in diesen Aufbau einfloss.
Dies ist der erste Schritt zur Aufzeichnung, wie die winzigen Gehirne der Spinnen die Komplexität des Netzaufbaus unterstützen können, und er hat sich ausgezahlt. Die Forscher fanden heraus, dass der Netzherstellungsprozess jeder Spinne die gleichen Bewegungen und motorischen Fähigkeiten erforderte, sodass der Teil des Netzes, der gerade gebaut wird, allein anhand der Position eines Beines vorhergesagt werden konnte.
„Auch wenn die endgültige Struktur etwas anders ist, sind die Regeln, nach denen sie das Web aufbauen, dieselben.“ Sagt Gordus . „Sie verwenden alle die gleichen Regeln, was bestätigt, dass die Regeln in ihrem Gehirn verschlüsselt sind.“ „Jetzt wollen wir wissen, wie diese Regeln auf der Ebene der Neuronen kodiert sind.“
Dies wird Gegenstand der nächsten Forschungsphase sein. Das Team plant, die Spinnen unter den Einfluss bewusstseinsverändernder Chemikalien zu setzen, um herauszufinden, welche Teile des Gehirns wie am Netzbildungsprozess beteiligt sind. (Drogen, einschließlich Koffein , wurden bereits in Studien an Spinnen verabreicht Wir haben also Hinweise darauf, dass sich dies auf ihre Webbuilding-Fähigkeiten auswirken kann.)
„Eine Arzneimittelabgabe und eine anschließende Verhaltensanalyse wären erforderlich, um abzuleiten, wie medikamenteninduzierte Verhaltensänderungen zu einer veränderten Webarchitektur führen.“ „Wir hoffen, beide Ansätze in zukünftigen Arbeiten kombinieren zu können“, schrieben die Forscher in ihrer Arbeit .
„Die hier durchgeführten Verhaltensanalysen bieten nützliche Werkzeuge, um die zugrunde liegende Struktur dieses Verhaltens weiter zu untersuchen und letztendlich herauszufinden, wie diese Struktur im Gehirn kodiert ist.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Aktuelle Biologie .