Ученые отслеживают движения пауков, плетущих свои сети.

Овидия Метаморфозы говорит о ткачах сфер, которые, как говорят, являются потомками Арахны, фигуры в греческой мифологии, которая ткала прекрасные гобелены и осмелилась вызвать Афину на соревнование по ткачеству. Разгневанная тем, что она не могла найти изъянов в работе Арахны, а также из-за того, что гобелен изображал богов в нелестном свете, Афина избила девушку челноком. Когда Арахна в раскаянии повесилась, Афина сжалилась и превратила веревку в паутину, а Арахну в паука.

Это удачный литературный намек на новое исследование того, как пауки ткут свои сети, и, несомненно, поэтому ученые из Университета Джона Хопкинса сослались на историю Овидия в недавней статье, опубликованной в журнале Current Biology. Команда JHU использовала ночное видение и искусственный интеллект, чтобы записывать каждое движение нескольких изрубленных ткачей сфер, когда они плели свои паутины. Эксперимент показал, что пауки полагаются на общий набор движений, составляющий «учебник или алгоритм построения сети» для создания элегантных, геометрически точных структур, даже несмотря на то, что у них крошечный мозг по сравнению с людьми.

Соавтор Эндрю Гордус, бихевиористский биолог из JHU, сказал, что он был вдохновлен на реализацию проекта, когда он был на орбите со своим сыном и увидел особенно впечатляющую паутину. «Я подумал:« Если бы вы пошли в зоопарк и увидели, что это строит шимпанзе, вы бы подумали, что это один удивительный и впечатляющий шимпанзе », – сказал Гордус. “Что ж, это еще более удивительно, потому что мозг паука такой крошечный, и я был разочарован тем, что мы не знали больше о том, как происходит это замечательное поведение. Теперь мы определили всю хореографию для создания сети, чего никогда не делали. для любой животной архитектуры в этом прекрасном разрешении. “

По мнению авторов, помимо того, что это поразительное с эстетической точки зрения чудо природы, паутина является своего рода физической записью многих аспектов поведения паука. Гордус и его коллеги думали, что они могут количественно оценить поведение ткачества сфер, поскольку процесс построения сети можно легко определить как по траектории паука, так и по геометрии сети.

Есть много разных видов пауков, плетущих сферы, но команда JHU решила работать с Uloborus diversus. Команда выбрала U. diversus потому что он остается активным в течение всего года и к тому же имеет небольшие размеры. Образцы были собраны в Хаф-Мун-Бэй, Калифорния, и размещены в теплице на территории кампуса. Там пауки обедали плодовыми мушками раз в неделю. Использовались только взрослые самки пауков, так как взрослые самцы редко строят паутину.

Для реальных экспериментов команда разработала арену из оргстекла в лаборатории, покрытую бумагой по краям, чтобы стимулировать создание сети, и оборудованную инфракрасными камерами и инфракрасным светом. (U. diversus – ночной паук, предпочитающий строить горизонтальную паутину в темноте.) Затем исследователи перенесли на арену шесть пауков и каждую ночь записывали пауков, плетущих свои паутины, в среднем в течение 24 часов.

Эта деятельность обычно следовала четко определенному прогрессу. Паук начинает с исследования пространства перед построением протопаутины, которая не будет частью окончательной структуры. Представьте себе художника, создающего предварительный набросок. Протопаутина довольно дезорганизована, и паук делает длинные нерегулярные паузы, когда он строит свою прототеть, иногда до восьми часов, потому что вы не можете торопиться с вдохновением.

«Считается, что это состояние построения сети – это исследовательская фаза, на которой паук оценивает структурную целостность своего окружения и определяет точки привязки для окончательной паутины», – пишут авторы.

Затем паук переходит к построению радиусов и рамки для паутины. «Конструкция каркаса часто является результатом закрепления шелка на периферии перед возвращением, а затем движения наружу по предшествующему радиусу, закрепления шелка каркаса на конце лески и затем возврата к втулке», – пишут авторы. написал.

После того, как радиусы и рамка установлены, паук переходит к созданию вспомогательной спирали, что занимает всего несколько минут. Ученые считают, что этот этап помогает стабилизировать структуру до того, как паук построит заключительную спираль захвата, поскольку вспомогательная спираль носит временный характер. Паук обычно снимает паутину, когда она завершена. Как только спираль захвата завершена, паук садится на корточки в центре, иногда на несколько дней, терпеливо ожидая, пока добыча не попадет в его сеть.

Исследователи смогли отслеживать миллионы движений отдельных ног, разработав для этой цели собственное программное обеспечение машинного зрения. «Даже если вы записываете это на видео, у многих людей будет много проблем, которые нужно отслеживать в течение длительного времени», – сказал соавтор Абель Корвер, аспирант, изучающий создание веб-сайтов и нейрофизиологию. «Слишком сложно просматривать каждый кадр и вручную аннотировать точки ног, поэтому мы обучили программное обеспечение машинного зрения обнаруживать позу паука кадр за кадром, чтобы мы могли документировать все, что делают ноги, чтобы построить целую паутину».